第8.11节：全局因果结构完全由度规光锥决定的强口径

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：把宇宙的全局因果关系完全交给“度规光锥”来决定的强口径为何长期占主流；在更高精度与更广口径的观测下它遭遇哪些难点；以及 EFT 如何把“光锥”降格为零阶外观，用“能量海—张度地形”的统一语言重述传播上限与因果走廊，并给出可检的跨探针线索。

一、现行范式怎么说

1. 核心主张

• 度规几何给出光锥：在每个时空点，光速 cc 定义了因果可达/不可达的边界。
• 全局因果结构（哪些事件能影响哪些事件、是否存在地平线/闭合因果圈等）由度规的全球性质唯一决定。
• 光与自由落体沿测地线传播，几何的弯曲即是引力的内容；因果关系因此是几何命题。

2. 为什么大家喜欢它

• 清晰统一：一把“锥形直尺”刻画因果；理论定理（全球双曲性、奇性定理、地平线结构）配套完备。
• 工程可用：从导航到引力波传播，度规作为“舞台”便于计算与预测。
• 与本地实验相容：在局域近似平直时，回收狭义相对论的光锥结构。

3. 应该如何理解
   这是一种强同一的口径：把“传播上限的物理”与“几何外观”绑定为一件事。沿途结构、介质响应与时间演化通常被降为“扰动”，不改变因果的唯一几何来源。

二、观测中的难点与争议

• 沿途演化与“记忆”
  高精度计时与远程天文路径（强透镜多像、时间延迟、标准烛/尺残差）显示：沿途环境在缓慢演化时，会留下微小但可重复的净效应。把这些全部压成“静态几何上的微扰”，会削弱对时间演化的成像能力。
• 方向/环境的弱一致性
  在不同天区与大尺度环境，到达时间与频率的微残差偶见同向趋势；若把光锥视作唯一且处处同构的几何边界，规律性残差缺少明确去处。
• 多探针对齐的成本
  要让超新星残差、BAO 标尺微差、弱透镜会聚、强透镜时间延迟全部在单一“度规光锥”上对齐，常需各加补丁参数（反馈、系统学、经验项），一致性解释的成本升高。
• 本体—外观的混同
  把光锥当作本体而非外观，会掩盖一个问题：传播上限是谁设定的？如果上限来自介质的张度与响应，那么“几何光锥”更像是外观投影而非成因。

简短结论

度规光锥是极强的零阶外观工具；但把全局因果完全交给它，容易将沿途演化、环境依赖与跨探针同向残差压平为噪声，损失物理诊断力。

三、EFT 的重述与读者能感知到的变化

EFT 的一句话

把“度规光锥”降为零阶外观：真正设定传播上限与因果走廊的是能量海的张度。张度决定本地上限与有效各向性；当张度地形随时间演化时，长程信号（光、引力扰动）在传播中积累无色散的净效应（见 8.4、8.5），于是全局因果不再由单一度规唯一决定，而由张度场 + 其演化给出的一簇“有效走廊”刻画。

直观比喻

把宇宙想成一片张力可变的海：

• 零阶：海面均匀拉紧时，船的可达域像一个标准圆锥（度规光锥的外观）。
• 一阶：若海面张力存在缓坡与缓变，船的最快通道会轻微偏折/收放，形成因果走廊的亚百分比改写。地图上仍可画锥，但真正的通行极限由张度与其时间演化设定。

EFT 重述的三点要义

1. 零阶 vs 一阶

• 零阶：局域张度均一 → 回收标准光锥与测地线外观。
• 一阶：张度地形缓慢演化 → 传播上限的有效各向性与轻微时变 → 在长路径上留下无色散的净频移与到达时差。

2. 因果＝介质上限，几何＝外观投影

• 光锥是对“上限”的几何化表达，但上限的物理来自张度；
• 统计张度引力（STG）与两类张度红移共同决定“走得了多快、走多久、沿哪条走”。

3. 一图多用

• 同一张张度势底图应当同时解释：
  1. 强透镜多像的时间延迟微差与红移细偏；
  2. 超新星/BAO 的方向性残差；
  3. 弱透镜大尺度会聚的幅度与取向。
• 若各数据集需要各自独立的“光锥补丁”，则不支持 EFT 的统一重述。

可检线索（示例）

• 无色散约束：在校正等离子体色散后，FRB/GRB/类星体光变的到达时残差若随频段共同移动，支持“演化型路径效应”；显著分色则否。
• 取向对齐：超新星哈勃残差、BAO 标尺微差、强透镜时间延迟的微调在同一优选方向呈同向偏移，并与弱透镜会聚图的取向一致。
• 多像差分：同一源不同像的到达时差与红移细微差出现同源相关（穿越不同演化程度的张度走廊）。
• 环境随动：穿越团簇/丝状体更丰富的视线，时间—频率残差略大于空洞视线，幅度与底图外场强度相关。

读者可以直观理解的变化

• 观点层：不再把光锥当作唯一本体，而把它当作张度设定的上限外观；因果来自介质，几何是投影。
• 方法层：从“压平路径效应”转为“残差成像”，把到达时差与频移残差纳入同一底图。
• 预期层：寻找无色散、方向一致、环境随动的微弱图样，并检验一图多用能否同时降低多探针残差。

常见误解的简短澄清

• EFT 允许超光速或因果违背吗？ 不允许。张度给出的是本地传播上限，外观可被改写，但上限不被突破；不引入闭合因果圈。
• 是否破坏狭义相对论？ 局域均一张度下，零阶回收 SR 的光锥与洛伦兹对称；一阶仅体现为极弱环境项。
• 这是“光疲劳”吗？ 不是。路径效应是无色散的整体移调，不涉及吸收/散射耗能。
• 与度规膨胀有什么关系？ 本章不采用“空间整体拉伸”；红移与到达时差来自张度势红移 + 演化型路径红移与STG的合账。

本节小结

“全局因果结构完全由度规光锥决定”的强口径把因果问题几何化，在零阶上十分有力；但它也把沿途演化与环境依赖推入“误差桶”。EFT 把传播上限还原为张度设定，把光锥降为外观，并要求用同一张度势底图在强透镜、弱透镜、距离与计时之间一图多用。这样，因果不被削弱，反而获得了可成像、可检验的物理细节。