第8.6节：宇宙微波背景的标准起源

目录 ／ 第8章：EFT将冲击的范式理论

三步曲目标

• 让读者理解：标准图景如何解释 CMB 的来历与花纹，为何这套叙事长期占主流。
• 点明：哪些观测细节（大角异常、透镜“力度”、跨探针张力等）反复提出挑战。
• 给出统一重述：在同一物理底板上，用张度本地噪声（TBN，见1.12节）的“热化底色”和统计张度引力（STG，见1.11节）的“地形叠影”重述同一批数据；两者的微观供给来自广义不稳定粒子（GUP，见1.10节）。以下正文中统一使用“不稳定粒子”“统计张度引力”“张度本地噪声”的全称表述。

一、现行范式怎么说

1. 核心主张

• 早期宇宙是炽热等离子体，光子与带电物质强耦合；随冷却与稀释，在“复合—解耦”时刻放开光子束缚，留下温度约 2.7 K、近乎完美黑体的辐射底片，即 CMB。
• 温度各向异性来自早期的原初扰动；光子—重子在声学阶段的往复压缩—回弹，刻下有节拍的峰—谷结构；偏振 E 模与温度峰—谷互为佐证。
• 晚期大尺度结构对 CMB 进行轻度改写：透镜抹平（小尺度被“揉圆”、E→B 漏转）和沿途势场演化（例如 ISW）等，通常被视为二阶修正。

2. 为什么大家喜欢它

• 定量强：温度—偏振功率谱的峰位与相对高度可被高精度预测与拟合。
• 数据广：同一框架能把温度、偏振、透镜、角尺度标准尺等多类量统一约束。
• 参数少：以少数自由度获得高精度宇宙学量，便于比较与传播。

3. 应该如何理解
   这是以热史 + 原初扰动为主轴、叠加“晚期小修饰”的解释。对大角异常与跨探针张力，多以“统计偶然/系统学”处理以保持整体一致。

二、观测中的难点与争议

• 大角尺度的“轻微不合群”
  低多极取向对齐、半球级弱不对称、著名冷斑等单项并不致命，但组合出现并长期稳定，难完全当作纯随机。
• “透镜力度”偏好
  CMB 拟合常偏向略强的透镜抹平；与弱透镜/增长类数据的“力度口径”并非总能完全合拍。
• 原初引力波的沉默
  期待已久的强 B 模尚未确证，促使“最简早期故事”朝更温和/更复杂的版本调整。
• 跨探针的小张力
  由 CMB 推断的“晚期外观”，与弱透镜、红移空间畸变、团簇增长等测量之间，存在体系化小偏差，常需反馈/系统学/附加自由度来调和。

简短结论

标准起源在一阶上极为成功，但在大角异常、透镜力度、跨探针一致性这些细部上，仍留有可再解释空间。

三、EFT 的重述与读者能感知到的变化

EFT 的一句话

CMB 的 2.7 K 主体来自张度本地噪声在早期“厚锅”（强耦合、强散射、极短平均自由程）中的快速黑化，从而得到近乎完美黑体的热化底色；其细小花纹由张度地形叠影与声学节拍定格共同刻下；沿途仅受统计张度引力透镜拽弯和路径演化的无分色微调。微观供给持续来自不稳定粒子在“拉—散”过程中的能量注入与牵引。

直观比喻

把 CMB 想成一张已经冲洗好的底片：

• 底色由早期黑化的“热汤”统一定标；
• 花纹是“鼓面节拍”（声学）叠加“地形投影”（张度地形）；
• 沿途玻璃略有起伏且缓慢变形（透镜 + 路径演化），于是图案被轻轻揉圆并发生无分色的整体微移。

EFT 重述的三点要义

1. 底片 vs 花纹（机制拆分更清楚）

• 底片（主体）：张度本地噪声在厚锅中快速黑化，抹平“哪段频率更亮”的偏好，率先奠定近乎完美黑体底色；当改变“颜色配比”的微观通道逐步冻结，底色温度被“锁定”为后来的 2.7 K 标尺。
• 花纹（细节）：
  1. 声学刻痕：光子—重子的周期性压缩—回弹只在相干窗尺度同向叠加，形成可识别的峰—谷间距与奇偶峰对比；
  2. 地形叠影：张度地形（势阱/势垒）把“哪里更深/更浅”的信息投影到底片上，决定大角起伏的总体基调；
  3. 偏振主脉络：解耦瞬间的各向不对称散射生成有秩序的 E 模，与温度节拍互为印证。

2. 异常 = 余纹（不是噪声桶）
   低多极对齐、半球差、冷斑等被视为超大尺度张度余纹的观测指纹。它们应在弱透镜会聚与距离残差中出现同向回声，而非仅作为“偶然/系统学”处理。
3. 一图多用（同一底图约束多数据）

• 以同一张度势底图同时解释：
  1. CMB 的低多极取向与小尺度抹平；
  2. 弱透镜/宇宙剪切的会聚与方向偏好；
  3. 超新星/BAO 的方向性距离微差；
  4. 星系外盘的“额外牵引”。
• 若各数据集分别需要“不同补丁图”，则不支持统一重述。

可检线索（示例）

• E/B—会聚相关随尺度增强：B 模与会聚图（或宇宙剪切）在较小角尺度的相关应增强，符合“沿途拽弯”主导的尺度依赖。
• 无分色路径印记：与 CMB 关联的温度整块偏移在多频段同步（无分色）移动，指向路径演化而非带颜色的尘埃前景。
• 同底图收敛：用同一张度势底图同时降低 CMB 透镜与星系弱透镜的残差；若两者分别需要不同底图，则不支持。
• 余纹的回声：冷斑/低多极对齐方向，应在距离残差、ISW 叠加、会聚图中出现弱相关的呼应。
• BAO—CMB“定尺”同明细：声学峰定下的相干标尺与 BAO 标尺在同一底图下应一体化对上，而非各自调参。

读者可以直观理解的变化

• 观点层：从“爆炸余辉”转为“张度本地噪声的热化底色 + 张度地形叠影的花纹”，把“异常”升级为可联合成像的余纹。
• 方法层：以残差成像“画地形”，要求 CMB、弱透镜、距离微差在同一方向/环境对齐。
• 预期层：不必指望强 B 模；关注方向一致的微偏、透镜—距离的同底图收敛与无分色的路径演化痕迹。

常见误解的简短澄清

• 否定黑体性吗？ 不。黑体性正是“早期张度本地噪声被快速黑化”的直接产物。
• 声学峰还在吗？ 在。声学峰是“花纹”主骨架，与张度地形共同成像。
• 今天的噪声叠加出 CMB 吗？ 不是。CMB 是早期定格的底片，晚期仅受轻改写。
• 是不是把一切都算环境效应？ 否。只把可重复、可对齐的方向/环境图样计入张度地形证据，其余遵循常规系统学处理。

本节小结

1. 标准起源用“热史 + 原初扰动”精准刻画了 CMB 的主体与节拍，但在大角异常、透镜力度、跨探针一致性上仍显“拼贴”。
2. 丝海重述将 CMB 统一为“张度本地噪声的热化底色 + 张度地形叠影的花纹”：
   • 底色由早期厚锅中的快速黑化保证近乎完美黑体与高度均匀；
   • 花纹由声学节拍定尺、张度地形定向；
   • 沿途由统计张度引力拽弯抹平并生出弱 B 模，路径演化留下无分色的整体微移。
3. 方法学收获：在同一张度势底图上实现跨探针“一图多用”，把“异常”变为联合成像的证据；公设更少、可检更强。