第8.5节：暗能量与宇宙学常数

目录 ／ 第8章：EFT将冲击的范式理论

三步曲目标

帮助读者理解：把宇宙晚期加速归因于“暗能量/宇宙学常数（Λ）”为何成为主流；它在观测与物理学层面遭遇哪些难点；以及 EFT 如何用“能量海—张度地形”的统一语言，在不引入额外“暗实体”的前提下重述同一批数据，并给出可检的跨探针线索。

一、现行范式怎么说

1. 核心主张

• 晚期宇宙出现整体加速，可由一个常数能量密度（宇宙学常数 Λ）或近似 w ≈ −1 的“暗能量”来解释。
• 这一成分不结团、近乎均匀，对几何产生排斥式作用，使得距离—红移关系相对无暗能量时“更拉开”。
• 在 ΛCDM 中，Λ 与物质、辐射共同决定背景演化；多数距离类观测（超新星、BAO、CMB 的角尺度）在这一框架下能取得统一拟合。

2. 为什么大家喜欢它

• 少参数、好联动：把复杂的晚期现象压缩为一个参数（Λ 或 w）。
• 拟合稳健：在一阶近似下，能同时解释多类“标准烛/尺”的距离数据。
• 计算清晰：易与数值模拟和统计推断对接，形成统一工作流。

3. 应该如何理解

• 更像是一个现象学项：Λ 是“把距离类数据讲顺”的记账参数；其微观起源并未被实验证实。
• 若采用更细的增长与重力数据，往往需要再增添“反馈/系统学/附加自由度”才能保持跨探针一致。

二、观测中的难点与争议

1. 物理学困境（两大经典难题）

• 真空能落差：量子零点能的朴素估计与观测到的 Λ 相差极其巨大，缺乏可信的“自然值”解释。
• 巧合问题：为何恰在今天，Λ 与物质密度同量级，从而让加速“刚好开始”？

2. 距离—增长的张力
   用距离类探针（超新星、BAO、CMB 推断）得到的背景外观，与结构增长幅度/速率（弱透镜、团簇、红移空间畸变等）之间，常出现体系化小偏差，需要通过反馈或系统学去“补”。
3. 多探针中“弱而稳定”的方向/环境图样
   在高精度样本里，距离残差、弱透镜幅度、时间延迟等在大尺度上偶见同向的小偏差或环境依赖；若把晚期加速仅视为“处处相同的一项 Λ”，这些规律性残差缺少物理去处。
4. 退相干的代价
   为同时“救活”距离与增长，常要引入时间变 w、耦合暗能量、修正引力等多套方案，使得叙事从“少参数”走向拼贴化。

简短结论

暗能量/Λ 在一阶上把距离数据讲顺，但当我们引入增长、透镜与方向/环境残差时，“处处相同”的 Λ 不易统收，且其微观来历长期悬而未决。

三、EFT 的重述与读者能感知到的变化

EFT 的一句话

不把“加速”归因于一种新物质或常数项，而把它视为能量海的张度背景在晚期缓慢演化（高张度缓降的一段后场效应）对光与钟的两类张度红移（张度势红移 + 演化型路径红移）与对运动的统计张度引力（STG）的共同结果。换言之：Λ 不是“实体”，而是“记账”——记录张度背景的净漂移。

直观比喻

把宇宙当作一片正在缓缓回松的海。海面张力在大尺度上很慢地下降：

• 光在这片慢变海面上长距离飞行，会积累无色散的整体频移（看上去像距离“被拉开”更快）；
• 物质的运动与聚集同时受到统计张度引力的温和改写（增长略“收敛”）。
  两者叠加，就形成了“晚期加速”的外观，而无需一个处处相同、永不起伏的“Λ 物质”。

EFT 重述的三点要义

1. 地位降格：

• 将“Λ/暗能量”从“必需的实体”降为“张度背景净漂移的记账”。
• 早期与晚期的“加速外观”皆源于同一张度响应在不同时段的幅度差（与第 8.3 节保持一致）。

2. 双轨解释（距离 vs 增长）：

• 距离外观：主要由演化型路径红移 + 张度势红移累积而成；
• 增长外观：由 STG 在大尺度上的弱改写决定。
  → 这允许距离与增长不再被一把尺硬绑定，从而缓解二者之间的体系偏差。

3. 观测上的新用法：

• 把超新星/BAO 的方向性残差、弱透镜的大尺度幅度差、强透镜时间延迟微漂等，汇入同一张张度势底图 + 演化率场；
• 用一图多用的方式同时降低多探针残差，而不是为每个数据源各配一套“暗修饰”。

可检线索（示例）

• 距离—增长的“同底图对齐”：用同一张度势底图，同时让超新星/BAO 的方向性微差与弱透镜的大尺度幅度差同向变小；若各自需要不同“补丁图”，则不支持 EFT。
• 无色散约束：同一路径的红移偏移在光学、近红外、无线电波段应共同移动；若出现显著分色漂移，则不支持“演化型路径红移”。
• 环境随动与取向对齐：穿越结构更丰富的视线，距离残差与透镜残差应略大，且其优选方向与 CMB 低多极的弱取向一致。

读者可以直观理解的变化

• 观点层：晚期加速并非“新增一桶能量”，而是张度背景的慢变在光与运动账本上的双重显影。
• 方法层：从“压平残差”转为“利用残差成像”，把多探针小偏差合成张度地形 + 演化率。
• 预期层：更关注方向一致、环境随动的微弱图样，以及“同底图”能否一图多用。

常见误解的简短澄清

• EFT 否认晚期加速吗？ 不。我们只重述“加速的成因”。“更远更红/距离更拉开”的外观保留。
• 这是否回到度规膨胀？ 否。本章不采用“空间整体拉伸”叙事；红移来自张度势红移 + 演化型路径红移的时间累积。
• 会破坏 ΛCDM 的距离拟合成功吗？ 不。距离外观被保留；不同在于增长外观改由 STG 统筹，从而更自然地解释距离—增长之间的体系偏差。
• 这只是把 Λ 改个名字吗？ 不是。EFT 要求方向/环境的残差对齐和一图多用；若做不到，就不能称为“同一底图”的重述。

本节小结

把晚期加速全部交给“处处相同的 Λ”固然简洁，却把稳定而微弱的方向性、环境性与增长—距离偏差压成“误差”。EFT 将其视为张度背景慢变的成像信号：

• 距离外观来自两类张度红移的时间累积；
• 增长外观来自 STG 的温和改写；
• 二者在同一张度势底图上一图多用。

由此，“暗能量与宇宙学常数”失去作为独立实体的必要性，而观测数据获得更少公设、跨探针一致的解释路径。