第8.5節：暗能量與宇宙學常數

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：把宇宙晚期加速歸因於“暗能量/宇宙學常數（Λ）”為何成為主流；它在觀測與物理學層面遭遇哪些難點；以及 EFT 如何用“能量海—張度地形”的統一語言，在不引入額外“暗實體”的前提下重述同一批資料，並給出可檢的跨探針線索。

一、現行範式怎麼說

1. 核心主張

• 晚期宇宙出現整體加速，可由一個常數能量密度（宇宙學常數 Λ）或近似 w ≈ −1 的“暗能量”來解釋。
• 這一成分不結團、近乎均勻，對幾何產生排斥式作用，使得距離—紅移關係相對無暗能量時“更拉開”。
• 在 ΛCDM 中，Λ 與物質、輻射共同決定背景演化；多數距離類觀測（超新星、BAO、CMB 的角尺度）在這一框架下能取得統一擬合。

2. 為什麼大家喜歡它

• 少參數、好聯動：把複雜的晚期現象壓縮為一個參數（Λ 或 w）。
• 擬合穩健：在一階近似下，能同時解釋多類“標準燭/尺”的距離資料。
• 計算清晰：易與數值模擬和統計推斷對接，形成統一工作流。

3. 應該如何理解

• 更像是一個現象學項：Λ 是“把距離類資料講順”的記帳參數；其微觀起源並未被實驗證實。
• 若採用更細的增長與重力資料，往往需要再增添“回饋/系統學/附加自由度”才能保持跨探針一致。

二、觀測中的難點與爭議

1. 物理學困境（兩大經典難題）

• 真空能落差：量子零點能的樸素估計與觀測到的 Λ 相差極其巨大，缺乏可信的“自然值”解釋。
• 巧合問題：為何恰在今天，Λ 與物質密度同量級，從而讓加速“剛好開始”？

2. 距離—增長的張力
   用距離類探針（超新星、BAO、CMB 推斷）得到的背景外觀，與結構增長幅度/速率（弱透鏡、團簇、紅移空間畸變等）之間，常出現體系化小偏差，需要通過回饋或系統學去“補”。
3. 多探針中“弱而穩定”的方向/環境圖樣
   在高精度樣本裡，距離殘差、弱透鏡幅度、時間延遲等在大尺度上偶見同向的小偏差或環境依賴；若把晚期加速僅視為“處處相同的一項 Λ”，這些規律性殘差缺少物理去處。
4. 退相干的代價
   為同時“救活”距離與增長，常要引入時間變 w、耦合暗能量、修正引力等多套方案，使得敘事從“少參數”走向拼貼化。

簡短結論

暗能量/Λ 在一階上把距離資料講順，但當我們引入增長、透鏡與方向/環境殘差時，“處處相同”的 Λ 不易統收，且其微觀來歷長期懸而未決。

三、EFT 的重述與你能感知到的變化

EFT 的一句話

不把“加速”歸因於一種新物質或常數項，而把它視為能量海的張度背景在晚期緩慢演化（高張度緩降的一段後場效應）對光與鐘的兩類張度紅移（張度勢紅移 + 演化型路徑紅移）與對運動的統計張度引力（STG）的共同結果。換言之：Λ 不是“實體”，而是“記帳”——記錄張度背景的淨漂移。

直觀比喻

把宇宙當作一片正在緩緩回松的海。海面張力在大尺度上很慢地下降：

• 光在這片慢變海面上長距離飛行，會積累無色散的整體頻移（看上去像距離“被拉開”更快）；
• 物質的運動與聚集同時受到統計張度引力的溫和改寫（增長略“收斂”）。
  兩者疊加，就形成了“晚期加速”的外觀，而無需一個處處相同、永不起伏的“Λ 物質”。

EFT 重述的三點要義

1. 地位降格：

• 將“Λ/暗能量”從“必需的實體”降為“張度背景淨漂移的記帳”。
• 早期與晚期的“加速外觀”皆源于同一張度回應在不同時段的幅度差（與第 8.3 節保持一致）。

2. 雙軌解釋（距離 vs 增長）：

• 距離外觀：主要由演化型路徑紅移 + 張度勢紅移累積而成；
• 增長外觀：由 STG 在大尺度上的弱改寫決定。
  → 這允許距離與增長不再被一把尺硬綁定，從而緩解二者之間的體系偏差。

3. 觀測上的新用法：

• 把超新星/BAO 的方向性殘差、弱透鏡的大尺度幅度差、強透鏡時間延遲微漂等，匯入同一張張度勢底圖 + 演化率場；
• 用一圖多用的方式同時降低多探針殘差，而不是為每個資料來源各配一套“暗修飾”。

可檢線索（示例）

• 距離—增長的“同底圖對齊”：用同一張度勢底圖，同時讓超新星/BAO 的方向性微差與弱透鏡的大尺度幅度差同向變小；若各自需要不同“補丁圖”，則不支持 EFT。
• 無色散約束：同一路徑的紅移偏移在光學、近紅外、無線電波段應共同移動；若出現顯著分色漂移，則不支援“演化型路徑紅移”。
• 環境隨動與取向對齊：穿越結構更豐富的視線，距離殘差與透鏡殘差應略大，且其優選方向與 CMB 低多極的弱取向一致。

你可以直觀理解的變化

• 觀點層：晚期加速並非“新增一桶能量”，而是張度背景的慢變在光與運動帳本上的雙重顯影。
• 方法層：從“壓平殘差”轉為“利用殘差成像”，把多探針小偏差合成張度地形 + 演化率。
• 預期層：更關注方向一致、環境隨動的微弱圖樣，以及“同底圖”能否一圖多用。

常見誤解的簡短澄清

• EFT 否認晚期加速嗎？ 不。我們只重述“加速的成因”。“更遠更紅/距離更拉開”的外觀保留。
• 這是否回到度規膨脹？ 否。本章不採用“空間整體拉伸”敘事；紅移來自張度勢紅移 + 演化型路徑紅移的時間累積。
• 會破壞 ΛCDM 的距離擬合成功嗎？ 不。距離外觀被保留；不同在於增長外觀改由 STG 統籌，從而更自然地解釋距離—增長之間的體系偏差。
• 這只是把 Λ 改個名字嗎？ 不是。EFT 要求方向/環境的殘差對齊和一圖多用；若做不到，就不能稱為“同一底圖”的重述。

本節小結

把晚期加速全部交給“處處相同的 Λ”固然簡潔，卻把穩定而微弱的方向性、環境性與增長—距離偏差壓成“誤差”。EFT 將其視為張度背景慢變的成像信號：

• 距離外觀來自兩類張度紅移的時間累積；
• 增長外觀來自 STG 的溫和改寫；
• 二者在同一張度勢底圖上一圖多用。

由此，“暗能量與宇宙學常數”失去作為獨立實體的必要性，而觀測資料獲得更少公設、跨探針一致的解釋路徑。