第8.6節：宇宙微波背景的標準起源

目錄 ／ 第8章：EFT將衝擊的範式理論（V5.05）

三步曲目標

• 讓你理解：標準圖景如何解釋 CMB 的來歷與花紋，為何這套敘事長期占主流。
• 點明：哪些觀測細節（大角異常、透鏡“力度”、跨探針張力等）反復提出挑戰。
• 給出統一重述：在同一物理底板上，用張度本地雜訊（TBN，見1.12節）的“熱化底色”和統計張度引力（STG，見1.11節）的“地形疊影”重述同一批資料；兩者的微觀供給來自廣義不穩定粒子（GUP，見1.10節）。以下正文中統一使用“不穩定粒子”“統計張度引力”“張度本地雜訊”的全稱表述。

一、現行範式怎麼說

1. 核心主張

• 早期宇宙是熾熱等離子體，光子與帶電物質強耦合；隨冷卻與稀釋，在“複合—解耦”時刻放開光子束縛，留下溫度約 2.7 K、近乎完美黑體的輻射底片，即 CMB。
• 溫度各向異性來自早期的原初擾動；光子—重子在聲學階段的往復壓縮—回彈，刻下有節拍的峰—穀結構；偏振 E 模與溫度峰—穀互為佐證。
• 晚期大尺度結構對 CMB 進行輕度改寫：透鏡抹平（小尺度被“揉圓”、E→B 漏轉）和沿途勢場演化（例如 ISW）等，通常被視為二階修正。

2. 為什麼大家喜歡它

• 定量強：溫度—偏振功率譜的峰位與相對高度可被高精度預測與擬合。
• 數據廣：同一框架能把溫度、偏振、透鏡、角尺度標準尺等多類量統一約束。
• 參數少：以少數自由度獲得高精度宇宙學量，便於比較與傳播。

3. 應該如何理解
   這是以熱史 + 原初擾動為主軸、疊加“晚期小修飾”的解釋。對大角異常與跨探針張力，多以“統計偶然/系統學”處理以保持整體一致。

二、觀測中的難點與爭議

• 大角尺度的“輕微不合群”
  低多極取向對齊、半球級弱不對稱、著名冷斑等單項並不致命，但組合出現並長期穩定，難完全當作純隨機。
• “透鏡力度”偏好
  CMB 擬合常偏向略強的透鏡抹平；與弱透鏡/增長類資料的“力度口徑”並非總能完全合拍。
• 原初引力波的沉默
  期待已久的強 B 模尚未確證，促使“最簡早期故事”朝更溫和/更複雜的版本調整。
• 跨探針的小張力
  由 CMB 推斷的“晚期外觀”，與弱透鏡、紅移空間畸變、團簇增長等測量之間，存在體系化小偏差，常需回饋/系統學/附加自由度來調和。

簡短結論

標準起源在一階上極為成功，但在大角異常、透鏡力度、跨探針一致性這些細部上，仍留有可再解釋空間。

三、EFT 的重述與你能感知到的變化

EFT 的一句話

CMB 的 2.7 K 主體來自張度本地雜訊在早期“厚鍋”（強耦合、強散射、極短平均自由程）中的快速黑化，從而得到近乎完美黑體的熱化底色；其細小花紋由張度地形疊影與聲學節拍定格共同刻下；沿途僅受統計張度引力透鏡拽彎和路徑演化的無分色微調。微觀供給持續來自不穩定粒子在“拉—散”過程中的能量注入與牽引。

直觀比喻

把 CMB 想成一張已經沖洗好的底片：

• 底色由早期黑化的“熱湯”統一定標；
• 花紋是“鼓面節拍”（聲學）疊加“地形投影”（張度地形）；
• 沿途玻璃略有起伏且緩慢變形（透鏡 + 路徑演化），於是圖案被輕輕揉圓並發生無分色的整體微移。

EFT 重述的三點要義

1. 底片 vs 花紋（機制拆分更清楚）

• 底片（主體）：張度本地雜訊在厚鍋中快速黑化，抹平“哪段頻率更亮”的偏好，率先奠定近乎完美黑體底色；當改變“顏色配比”的微觀通道逐步凍結，底色溫度被“鎖定”為後來的 2.7 K 尺規。
• 花紋（細節）：
  1. 聲學刻痕：光子—重子的週期性壓縮—回彈只在相干窗尺度同向疊加，形成可識別的峰—穀間距與奇偶峰對比；
  2. 地形疊影：張度地形（勢阱/勢壘）把“哪裡更深/更淺”的資訊投影到底片上，決定大角起伏的總體基調；
  3. 偏振主脈絡：解耦瞬間的各向不對稱散射生成有秩序的 E 模，與溫度節拍互為印證。

2. 異常 = 餘紋（不是雜訊桶）
   低多極對齊、半球差、冷斑等被視為超大尺度張度餘紋的觀測指紋。它們應在弱透鏡會聚與距離殘差中出現同向回聲，而非僅作為“偶然/系統學”處理。
3. 一圖多用（同一底圖約束多資料）

• 以同一張度勢底圖同時解釋：
  1. CMB 的低多極取向與小尺度抹平；
  2. 弱透鏡/宇宙剪切的會聚與方向偏好；
  3. 超新星/BAO 的方向性距離微差；
  4. 星系外盤的“額外牽引”。
• 若各資料集分別需要“不同補丁圖”，則不支持統一重述。

可檢線索（示例）

• E/B—會聚相關隨尺度增強：B 模與會聚圖（或宇宙剪切）在較小角尺度的相關應增強，符合“沿途拽彎”主導的尺度依賴。
• 無分色路徑印記：與 CMB 關聯的溫度整塊偏移在多頻段同步（無分色）移動，指向路徑演化而非帶顏色的塵埃前景。
• 同底圖收斂：用同一張度勢底圖同時降低 CMB 透鏡與星系弱透鏡的殘差；若兩者分別需要不同底圖，則不支持。
• 餘紋的回聲：冷斑/低多極對齊方向，應在距離殘差、ISW 疊加、會聚圖中出現弱相關的呼應。
• BAO—CMB“定尺”同明細：聲學峰定下的相干尺規與 BAO 尺規在同一底圖下應一體化對上，而非各自調參。

你可以直觀理解的變化

• 觀點層：從“爆炸餘輝”轉為“張度本地雜訊的熱化底色 + 張度地形疊影的花紋”，把“異常”升級為可聯合成像的餘紋。
• 方法層：以殘差成像“畫地形”，要求 CMB、弱透鏡、距離微差在同一方向/環境對齊。
• 預期層：不必指望強 B 模；關注方向一致的微偏、透鏡—距離的同底圖收斂與無分色的路徑演化痕跡。

常見誤解的簡短澄清

• 否定黑體性嗎？ 不。黑體性正是“早期張度本地雜訊被快速黑化”的直接產物。
• 聲學峰還在嗎？ 在。聲學峰是“花紋”主骨架，與張度地形共同成像。
• 今天的雜訊疊加出 CMB 嗎？ 不是。CMB 是早期定格的底片，晚期僅受輕改寫。
• 是不是把一切都算環境效應？ 否。只把可重複、可對齊的方向/環境圖樣計入張度地形證據，其餘遵循常規系統學處理。

本節小結

1. 標準起源用“熱史 + 原初擾動”精准刻畫了 CMB 的主體與節拍，但在大角異常、透鏡力度、跨探針一致性上仍顯“拼貼”。
2. 絲海重述將 CMB 統一為“張度本地雜訊的熱化底色 + 張度地形疊影的花紋”：
   • 底色由早期厚鍋中的快速黑化保證近乎完美黑體與高度均勻；
   • 花紋由聲學節拍定尺、張度地形定向；
   • 沿途由統計張度引力拽彎抹平並生出弱 B 模，路徑演化留下無分色的整體微移。
3. 方法學收穫：在同一張度勢底圖上實現跨探針“一圖多用”，把“異常”變為聯合成像的證據；公設更少、可檢更強。