第8.14节：暗物质粒子范式

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：为何“暗物质粒子”长期被用来解释额外牵引与结构生长。
• 点明其在小尺度、跨探针与直接搜索上的难点。
• 给出统一重述：以统计张度引力（STG，见1.11节）为核心，用统一张度核在不引入暗粒子的前提下，同时解释动力学与透镜；微观供给来自广义不稳定粒子（GUP，见1.10节）的“拉—散”统计；与张度本地噪声（TBN，见1.12节）在辐射侧互为两面。以下正文中统一使用不稳定粒子、统计张度引力、张度本地噪声三种全称表述。

一、现行范式怎么说

1. 核心主张
   宇宙含有一种不发光、与电磁弱耦合的物质成分，近乎冷、压力小、可自洽为无碰撞粒子。

• 该成分在早期先形成晕状脚手架，普通物质落入后形成星系与团簇。
• 星系旋转曲线、引力透镜、团簇动力学、CMB 声学峰与 BAO 等，可在“可见 + 暗晕”的框架中整体拟合。

2. 为什么大家喜欢它
   参数经济：少量宏参即可跨越多类观测取得一阶统一。

• 工具成熟：N 体/半解析/流体反馈链条完备，工程可用。
• 叙事直观：“多出来的牵引 = 更多（看不见）的质量”。

3. 应该如何理解
   本质是现象学补账：把额外牵引记作额外质量。粒子“是谁”“如何相互作用”留给实验搜索；不少细节依赖反馈 + 调参吸收复杂性。

二、观测中的难点与争议

1. 小尺度危机与“过于整齐”的刻度律

• 缺矮星/过大失败/核—包层形状等问题反复出现，常需强反馈与多参数微调。
• 动力学呈异常整齐的经验律（如重子 Tully–Fisher、径向加速度关系）：可见质量 ↔ 外盘牵引刻度关系紧到近“一条线”，在“无碰撞粒子 + 反馈”语境中显得过于巧合。

2. 透镜—动力学与环境项的口径差
   部分系统的透镜质量与动力学质量存在体系化小偏差；同类天体在不同大尺度环境/方位下，出现方向一致的弱残差。若一概归入“系统误差/反馈”，诊断能力下降。
3. 团簇碰撞的多样性
   有个别个例支持“暗质分离”的直觉，也存在与该直觉不完全一致的质量—气体—星系对位关系；不同系统往往需要不同微物理改型（自相互作用、暖/模糊等）才能讲顺，叙事趋于拼贴化。
4. 实验搜索的长期空窗
   直接探测/对撞机/间接信号多轮迭代仍缺乏无可争辩的阳性；微观身份愈发不确定。

简短结论

暗晕补质量”在一阶上有效，但在小尺度整齐性、跨探针口径差、个例多样性、微观空窗的并置下，越来越依赖补丁与调参维持统一。

三、EFT 的重述与读者能感知到的变化

EFT 的一句话

把“额外牵引”从“看不见的粒子”改写为统计张度引力：给定可见分布，由统一张度核直接生成外盘牵引场；同一张张度势底图同时决定动力学与透镜，无需暗粒子。微观供给来自不稳定粒子在存续期的叠加牵引（对应统计张度引力）与解构期的辐射回填（对应张度本地噪声）。

直观比喻

不是往盘里再倒一桶看不见的沙子，而是这片张力海遇到可见物质时自组织出一张拉网：网的纹理（统一张度核作用的结果）把运动导向既定的外牵引；你在速度场与光路上看到的，都是同一张网的两种投影。

EFT 重述的三点要义

1. 粒子降格为响应：由“加质量”转为“加响应”
   额外牵引不再靠“加一个看不见的质量库”，而由统一张度核从可见密度场卷积/求和得到：
   • 核的物理含义：能量海对可见分布的统计易拉度/易紧度（susceptibility）；
   • 核的成分：一项随尺度平滑衰减的各向同性底项 + 一项与外场/几何相关的各向异性项（反映视线积分与环境）；
   • 核的约束：在本地实验上回收常规引力；在长路径/低加速度端给出可分辨改写。
2. “整齐”成为必然投影
   重子 Tully–Fisher、径向加速度关系等“紧关系”，在统一张度核下是结构性投影：
   • 可见面密度与核响应共同设定速度标尺；
   • 在低加速度端出现近幂律的外牵引—重子同标度；
   • 核的饱和/过渡形状固定了散点的小幅度。这不依赖因星系各异的反馈细节“巧合对齐”。
3. 动力学—透镜“一图多用”
   同一张度势底图与同一个核必须同时降低：
   • 旋转曲线残差；
   • 弱透镜会聚（κ）残差；
   • 强透镜时间延迟微漂。
   • 若三者各需不同“补丁图”，则不支持统一重述。

可检线索（示例）

• 一核多用（硬检）：在同一星系/团簇上，用同一核同时拟合旋转曲线 + 弱透镜 κ，并外推强透镜时间延迟；三者残差应共向收敛。
• 外场效应（环境项）：卫星/矮星系的内部速度分布随宿主外场强度呈可预期的抑/增，且与优选方向一致。
• 残差指北：速度场与透镜图的残差在空间上共向，指向同一外场方向；把这些残差汇成张度地形图后，应能回解释线距离—红移方向性微差。
• 团簇个例的统一读法：在并合/碰撞系统中，由可见分布 + 外场张度在统计张度引力下生成的会聚峰，方位与形态上应更接近观测，无需为不同系统分别更换“暗粒子微物理”。
• 本地回收：在实验室与太阳系尺度，核的短程极限退化为常规引力，确保无近场冲突。

读者可以直观理解的变化

• 观点层：从“加一桶看不见的质量”转为“同一张张度势底图 + 统一张度核”。
• 方法层：少调参、重成像；以同一底图在动力学/透镜/距离上联合收敛。
• 预期层：关注方向一致、环境随动的小偏差，以及“一核多用”是否成立；若成立，暗粒子的必要性自然下降。

常见误解的简短澄清

• 是否否定“暗物质的观测证据”？ 否。我们保留并统一“额外牵引”的所有外观，只是否定其粒子本体。
• 会破坏 CMB 与大尺度结构吗？ 不会。早期—晚期由高张度缓降 + 统计张度引力统一描述；CMB 的“底片—花纹—透镜”口径见 8.6 节。
• 这是不是 MOND？ 不是。这里的额外牵引源自能量海—张度地形的统计响应，核心检验是同底图跨探针，并含有明确的外场/环境项。
• 强透镜中的“暗峰”怎么办？ 由可见 + 外场张度在统计张度引力下生成的会聚峰解释；若仍需个例专属的“粒子补丁”，则不支持统一重述。

本节小结

1. 暗物质粒子范式把额外牵引解释为额外质量，在一阶上成功；但在小尺度整齐性、跨探针口径差、个例多样性、微观空窗四重压力下，越来越依赖补丁化。
2. 统计张度引力 + 统一张度核重述同一套数据：
   • 不加粒子，直接从可见密度生成外盘牵引；
   • 用同一张度势底图统一动力学与透镜；
   • 把方向一致、环境随动的残差变成张度地形像素。
3. 若“一核多用”在更多系统上成立，暗物质粒子的必要性便不复存在；届时，“额外牵引”更像是能量海的统计响应，而非一族尚未被探测到的粒子。