第8.9节：引力等同于时空弯曲的唯一图景

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：把引力等同于“时空弯曲”的图景为何长期占主流；它在多尺度与多探针上遇到的难点；以及 EFT 如何用“能量海—张度地形”的统一语言，将“弯曲”降格为有效外观，把真正的因果放回张度与其统计响应（STG），并给出可检的跨探针线索。

一、现行范式怎么说

1. 核心主张

• 物质—能量告诉时空如何弯，弯曲的时空告诉物体如何动。引力不是一种“力”，而是几何：自由落体沿测地线运动，光线在弯曲几何中偏折，钟在不同势处频率不同（引力红移）。
• 同一套场方程从行星轨道到黑洞、到宇宙学背景一体适用。

2. 为什么大家喜欢它

• 概念统一：把多种引力现象放入“几何—测地线”的单一语言。
• 本地验证强：水星近日点进动、引力红移、雷达回声时延、引力波等近场—强场检验广泛通过。
• 工程成熟：有完备的数学工具与数值框架，便于严谨推导与计算。

3. 应该如何理解
   这是一个几何化叙事：把所有引力观测解释为度规的形状与演化。然而当需要解释额外牵引（星系旋转曲线、透镜质量缺口）与晚期加速时，常需在几何之外再引入“暗物质”“Λ”等额外成分。

二、观测中的难点与争议

1. 多补丁依赖
   要兼顾星系尺度与宇宙尺度，几何图景往往需要外加实体：暗物质来补牵引，Λ 来补加速。几何本身并不提供这些成分的微观来历。
2. 距离—增长与透镜—动力学的细微分歧

• 用距离类探针拟合的“背景外观”与增长幅度/速率（弱透镜、团簇、红移空间畸变）之间，存在体系化小偏差；
• 透镜质量与动力学质量在部分系统中出现口径差，需要反馈或环境项“拼贴”才能对齐。

3. 小尺度“过于整齐”的刻度律
   旋转曲线、径向加速度关系等呈现可见物质与额外牵引的紧密同标度。几何图景可容纳结果，但为何如此整齐往往需诉诸经验化反馈而非第一性解释。
4. 能量记账的模糊
   在几何语言下，引力场自身的能量并无唯一、坐标无关的局域定义；在“为何加速”“Λ 多大”这类问题上形成自然度困境。

简短结论

“引力＝弯曲”在本地与强场上非常成功，但当我们把额外牵引、晚期加速、跨探针一致性与小尺度刻度律合在一起时，几何独木难支，常需多补丁维系。

三、EFT 的重述与读者能感知到的变化

EFT 的一句话

把“弯曲”降格为有效外观：真正的因果来自能量海的张度与其统计响应。

• **统计张度引力（STG）**承担“额外牵引”；
• 张度势红移 + 演化型路径红移承担红移（本章不采用“度规膨胀”）；
• 同一张张度势底图同时约束透镜、动力学、距离残差与结构生长。

直观比喻

把宇宙想成一片有张力的海。我们看到的“弯曲几何”像是把海面起伏拍成等高线的地图——读图很方便，但等高线不是地形的成因。真正让船偏航、让波路改变的，是海面的张度与其梯度。几何是外观，张度是动力。

EFT 重述的三点要义

1. 地位降格：几何＝零阶外观
   自由落体与光线偏折依然可用“有效度规”描述，但把“为什么如此”归因于张度地形与流线；强场与近场检验仍被保留为张度响应的极限。
2. 额外牵引＝统计响应
   星系与团簇中的“看不见的牵引”，由STG给出：给定可见分布，用统一张度核直接生成外盘牵引与透镜会聚，无需暗粒子脚手架。
3. 一图多用，拒绝多补丁
   同一张张度势底图要同时降低：旋转曲线残差、弱透镜幅度差、强透镜时间延迟微漂、距离残差的方向性微偏；若各自需要不同“补丁图”，即不支持 EFT 的统一重述。

可检线索（示例）

• 透镜—动力学共线：同一目标的透镜会聚图与速度场残差在空间上共向，由同一外场方向解释。
• 一核多用：统一张度核跨星系可迁移：拟合旋转曲线的核参数，在弱透镜上不需大改即可降低残差。
• 强透镜多像微差分：同一源不同像的时间延迟残差与红移细微偏移出现同源相关（路径穿越张度演化不同所致）。
• 方向一致的距离微偏：超新星/BAO 的残差在同一优选方向呈同向微偏，并与透镜—动力学的优选方向一致。

读者可以直观理解的变化

• 观点层：不再把“弯曲”当作引力的唯一本体，而是把它当作张度动力学的外观投影；几何仍可用，但不再是因。
• 方法层：从“为每个数据加补丁”转向“残差成像”，用同底图对齐透镜、动力学与距离的微差。
• 预期层：关注共向、共图、无色散的细微图样，而非仅靠全局参数把不同现象硬性拼合。

常见误解的简短澄清

• EFT 否认广义相对论吗？ 不。EFT 在本地与强场极限回收GR 的成功外观；不同在于把因果放在张度响应，把几何视为有效描述。
• 自由落体和等效原理还成立吗？ 成立于零阶：局域上张度近似均一，世界线近似测地；高阶上允许出现可检的极弱环境项。
• 引力波怎么办？ 视为张度波在能量海中的传播；在当前精度下，传播上限与主要极化与观测相容，细部差异（若存在）应与张度底图取向出现极弱相关。
• 这会否定黑洞或透镜吗？ 不会。黑洞与透镜作为强响应外观保留；区别在于其周边外场与残差可由同一张度势底图统一解释。

本节小结

“引力＝时空弯曲”是伟大的几何化成就，但当它被当作唯一图景时，就难以在无需多补丁的前提下，同时解释额外牵引、晚期加速、跨探针微张力与小尺度刻度律。EFT 将“弯曲”降为外观，把“因”归于能量海的张度与统计响应，并要求以同一张度势底图跨探针对齐残差。这样，我们既不丢掉几何的清晰，又用更少的公设让解释更节制、更可检。