第8.4節：紅移的度規膨脹唯一解釋

目錄 ／ 第8章：EFT將衝擊的範式理論（V5.05）

三步曲目標

幫助你理解：把紅移歸因於“空間整體拉伸”的度規膨脹圖景為何成為主流，它在觀測與邏輯上遇到哪些難點，以及 EFT 如何用“張度勢紅移 + 演化型路徑紅移”的統一口徑重述同一批資料，使“度規膨脹的唯一性”自然消解。

一、現行範式怎麼說

• 核心主張
  在均勻且各向同性的背景下，宇宙的尺度因數隨時間增大。光在傳播過程中波長被同比例拉長，頻率降低，於是出現紅移。距離越遠，光走得越久，被拉長得越多，紅移也就越大。
• 為什麼大家喜歡它
  直觀、好算、少參數，天然無色散，便於把超新星、重子聲波、微波背景等資料裝入同一套幾何框架中進行聯動擬合。
• 應該如何理解
  這是在強宇宙學原理下的一種零階外觀。沿途結構與時間演化被視為小擾動處理，不被當作紅移的主要來源。

二、觀測中的難點與爭議

• 近遠之“張力”
  近鄰距離梯隊與早期背景推斷得到的紅移斜率存在體系化差別。若紅移只來自全域拉伸，這類差別往往只能被放入系統誤差或本地特殊性的抽屜。
• 方向與環境的微弱一致性
  在高精度樣本中，紅移與距離的殘差常呈現優選方向或環境依賴的小趨勢。這些規律性微差在“唯一來源是拉伸”的口徑裡缺少物理去處。
• 沿途演化的記憶
  光子穿越星系團、空洞與絲狀體，途中的勢場在緩慢演化。把這些影響全部當作邊角項，常使超新星、弱透鏡、強透鏡時間延遲之間的細小偏差難以在同一物理帳本裡對齊。
• 可區分性不足
  把所有紅移都解釋為尺度因數變化，容易把不同來源的細微差別平均掉，削弱了用殘差反演大尺度結構與時間演化的診斷能力。

簡短結論

度規膨脹優雅地串起了宏觀外觀，但把它當作紅移的唯一來源，會讓那些穩定而微弱的方向性、環境性與沿途記憶信號失去解釋價值。

三、EFT 的重述與你能感知到的變化

EFT 的一句話

本章不採用“空間整體拉伸”的敘事。紅移只來自兩類張度效應：張度勢紅移與演化型路徑紅移。前者是源與觀測端處在不同張度勢基準的鐘錶差，後者是光在傳播期間穿過正在演化的張度地形，進入與離開不對稱而累積的無色散淨頻移；若地形靜止，即便空間起伏也不會留下淨頻移。

直觀比喻

把一次觀測想成一次長途演奏。起點與終點的調音基準不同，會讓整首曲子整體偏高或偏低，這對應張度勢紅移。旅途中舞臺在緩慢變換，進站與出站的環境不對稱，會再疊加一絲穩定的整體移調，這對應演化型路徑紅移。兩者相加，就是“越遠越紅”的外觀。

EFT 重述的三點要義

• 地位降格
  度規膨脹從“唯一成因”降為零階外觀。資料看上去像整體拉開，真正的物理來源是兩類張度紅移的時間累積。
• 小偏離的物理來源
  方向性與環境依賴來自演化型路徑紅移對張度地形的成像；近遠差異等價於採樣了不同的路徑與演化時段。這些不再是雜訊，而是可讀線索。
• 觀測上的新用法
  把超新星、BAO、弱透鏡、強透鏡時間延遲中的殘差，按同一優選方向與外場環境匯總，在同一張張度勢底圖上對齊，用一圖多用的方式降低跨探針殘差。

可檢線索（示例）

• 無色散約束：同一路徑的紅移偏移在光學、近紅外、無線電波段共同移動；若出現顯著分色漂移，則不支援演化型路徑紅移。
• 取向對齊：超新星哈勃殘差、BAO 尺規微差、弱透鏡大尺度會聚在同一優選方向呈同向微偏。
• 多像差分：同一源的強透鏡多像，因路徑不同，扣除源本身變化後，紅移與到達時間的殘差應出現同源的極弱相關。
• 半球對比與環境隨動：兩側天空的同一統計量出現亞百分比幅度差，且穿越結構更豐富的視線殘差略大，與張度地形圖的弱取向一致。

你可以直觀理解的變化

• 觀點層
  不再把空間拉伸當作紅移的唯一成因，而是用兩類張度紅移解釋“越遠越紅”的外觀。
• 方法層
  從壓平殘差轉向利用殘差成像，用一張底圖跨探針對齊小偏差。
• 預期層
  更關注方向一致、環境隨動的微弱圖樣，以及強透鏡多像的路徑相關微差分，而不只依賴全域擬合參數。

常見誤解的簡短澄清

• EFT 否定紅移本身嗎
  不。重述的是來源，不是否定現象。
• 這會回到“光疲勞”之類的舊設想嗎
  不會。演化型路徑紅移是無色散的整體頻移，不涉及吸收或散射耗能。
• 低紅移下還能得到近似線性關係嗎
  可以。兩類張度紅移在近場呈線性疊加，可回收熟悉的近似哈勃律。
• 宇宙在“膨脹”嗎
  觀測上遠處更紅是事實，看上去像整體拉開。在 EFT 中，其因並非空間被拉伸，而是張度勢紅移與演化型路徑紅移隨傳播時間的累積頻移。

本節小結

把紅移唯一歸於度規膨脹固然簡潔，卻會掩蓋穩定而細微的方向與環境圖樣。EFT 用張度勢紅移 + 演化型路徑紅移重述同一批觀測，既保留“越遠越紅”的宏觀外觀，又把殘差從負擔變成張度地形的圖元，實現跨探針的一圖多用。由此，“紅移的度規膨脹唯一解釋”不再必要。