8.6 우주 마이크로파 배경복사의 표준 기원

목차 ／ 제8장: 에너지 실 이론이 도전하는 패러다임 이론 (V5.05)

세 단계 목표
이 절에서는 우주 마이크로파 배경복사(CMB) 의 기원과 무늬를 표준 틀이 어떻게 설명하는지, 그리고 그 설명이 왜 주류로 자리해 왔는지 정리합니다. 또한 여전히 논쟁을 부르는 관측 세부 사항—큰각도 이상, 렌즈 효과의 ‘세기’, 프로브 간 긴장—을 짚습니다. 끝으로, 동일한 물리적 바탕 위에서 텐서 국소 잡음(TBN) 을 빠르게 열평형화된 배경으로, 통계적 텐서 중력(STG) 을 지형 겹침으로 해석하고, 미시적 공급원을 일반화된 불안정 입자(GUP) 로 두는 통합적 재서술을 제시합니다. 이하 본문에서는 처음 등장할 때 «불안정 입자», «통계적 텐서 중력», «텐서 국소 잡음»을 온전히 표기하고, 이후에도 동일 표기를 사용합니다.

I. 주류 틀이 말하는 것

1. 핵심 주장

• 초기 우주는 뜨거운 플라스마였고, 광자는 전하를 띤 물질과 강하게 결합했습니다. 냉각·희박화가 진행되면서 재결합과 탈결합이 일어나 광자가 풀려났고, 약 2.7 K의 거의 완전한 흑체가 남았습니다. 이것이 CMB입니다.
• 온도 비등방성은 원시 요동을 반영합니다. 광자–바리온의 음향 진동이 봉우리–골짜기 리듬을 새기며, E-모드 편광이 그 리듬을 뒷받침합니다.
• 후기 거대 구조는 CMB에 가벼운 덧칠을 합니다. 즉, 렌즈 효과(소각도 평활화와 E→B 누출)와 시선방향 퍼텐셜 진화(예: 적분형 Sachs–Wolfe 효과)로, 보통 2차 보정으로 다룹니다.

2. 선호되는 이유

• 정량력이 높습니다. 온도/편광 파워스펙트럼의 봉우리 위치와 상대 높이는 정밀 예측·적합이 가능합니다.
• 다양한 자료를 함께 묶습니다. 하나의 틀에서 온도·편광·렌즈 효과·각도 표준자까지 동시 제약이 됩니다.
• 매개변수가 적습니다. 소수의 자유도로 정밀 우주론량을 얻어 비교·전파가 쉽습니다.

3. 해석 요령
   핵심은 열사와 원시 요동이며, 그 위에 ‘후기 소수정’을 얹는 서술입니다. 큰각도 이상과 프로브 간 작은 긴장은 전체 정합을 지키기 위해 통계·계통으로 처리되는 경우가 잦습니다.

II. 관측 난점과 논점

• 큰각도에서의 가벼운 불일치
  낮은 다극 정렬, 반구 비대칭, 유명한 차가운 반점은 각각 결정적이지 않습니다. 그러나 함께 나타나고 오래 지속된다는 사실은 ‘우연’만으로 설명하기 어렵게 만듭니다.
• ‘렌즈 세기’ 선호
  CMB 적합은 소각도 평활화를 다소 강하게 선호하는 경향이 있으며, 일부 약한 렌즈·성장 측정이 주는 진폭과 항상 발맞추지는 않습니다.
• 원시 중력파의 침묵
  결정적 B-모드가 아직 확증되지 않았고, ‘극소’ 초기 우주 이야기는 더 온건하거나 더 정교한 판본으로 수정됩니다.
• 프로브 간 소규모 긴장
  CMB에서 유도한 ‘후기 외관’은 약한 렌즈, 적색편이 공간 왜곡, 은하단 성장과 약하지만 체계적인 어긋남을 보입니다. 대개 피드백·계통·추가 자유도로 봉합합니다.

짧은 결론
표준 기원은 1차 항에서 매우 성공적이지만, 큰각도 이상·렌즈 세기·프로브 간 정합 같은 디테일에는 해석의 여지를 남깁니다.

III. EFT 재서술과 독자가 체감할 변화

한 문장 요약
CMB의 2.7 K 본체는 텐서 국소 잡음(TBN) 이 초기의 ‘두꺼운 가마’(강결합, 강산란, 매우 짧은 평균자유행로)에서 빠르게 열평형화되며 만든 거의 완전한 흑체 배경에서 생깁니다. 미세 무늬는 음향 비트와 텐서 지형 투영이 겹쳐 정해지며, 경로에서는 통계적 텐서 중력(STG) 의 렌즈 굽힘과 분색이 없는 경로 진화만이 부드러운 미조정을 더합니다. 미시적으로는 불안정 입자가 ‘당기고-놓는’ 과정으로 에너지와 견인을 계속 공급합니다.

직관적 비유
CMB는 이미 현상된 네거티브와 같습니다.

1. 바탕은 열적 ‘수프’가 초기에 검게 굳어 정해집니다.
2. 무늬는 ‘북을 두드린 박자’(음향)와 ‘지형의 그림자’(텐서 지형)의 합입니다.
3. 광로는 약간 물결치고 천천히 변하는 유리(렌즈 + 경로 진화)를 통과해, 소각도 디테일이 둥글어지고 전체 영상이 분색 없이 살짝 이동합니다.

세 가지 핵심 포인트

1. 바탕과 무늬의 기작을 분리
   • 바탕(본체): 텐서 국소 잡음이 재빨리 열평형화되어 주파수 선호를 지웁니다. ‘색 배합’을 바꾸던 통로가 얼어붙으면, 온도는 2.7 K 자로 고정됩니다.
   • 무늬(세부):
     1. 음향 각인: 광자–바리온의 압축과 반발이 ‘코히어런스 윈도’ 안에서만 동위상으로 더해져 봉우리 간격과 짝·홀 대비를 정합니다.
     2. 지형 겹침: 퍼텐셜의 우물·장벽이 ‘어디가 더 깊고 높은지’를 바탕에 투영해 큰각도 톤을 만듭니다.
     3. 편광 골격: 탈결합 순간의 이방성 산란이 정돈된 E-모드를 만들고 온도 리듬과 상호 검증합니다.
2. 이상 = 잔향 필리그리(‘잡음통’ 아님)
   낮은 ℓ 정렬, 반구 차, 차가운 반점은 초대형 텐서 잔향의 지문으로 읽습니다. 약한 렌즈 수렴과 거리 잔차에서도 같은 우선 방향의 메아리가 보여야 하며, ‘우연/계통’으로만 처리하지 않습니다.
3. 한 장의 지도, 여러 용도(공유 베이스맵)
   하나의 텐서 퍼텐셜 베이스맵으로
   • CMB의 낮은 다극 지향과 소각도 평활화,
   • 방향성 있는 약한 렌즈/우주 전단 수렴,
   • 초신성·BAO의 방향성 미세 오프셋,
   • 외곽 은하시 disk의 ‘여분의 견인’
     을 동시에 설명할 수 있어야 합니다. 각 데이터에 다른 ‘패치 지도’가 필요하다면, 통합 재서술은 성립하지 않습니다.

검증 가능한 단서(예시)

1. 작은 각도에서 강해지는 E/B–수렴 상관: B-모드는 작은 각도에서 수렴(또는 우주 전단)과 더 강하게 상관해야 하며, 경로 중 굽힘의 스케일 의존성과 부합합니다.
2. 분색 없는 경로 서명: 주파수를 넘어 함께 움직이는 온도 블록은 색 있는 먼지보다 경로 진화를 가리킵니다.
3. 공유 지도에서의 수렴: 같은 텐서 베이스맵이 CMB 렌즈와 은하 약한 렌즈의 잔차를 모두 줄여야 합니다. 각각 다른 지도가 필요하면, 지지는 약해집니다.
4. 잔향의 메아리: 낮은 ℓ 정렬/차가운 반점의 방향은 거리 잔차, ISW 중첩, 수렴 지도에서 약하더라도 일관된 응답을 보여야 합니다.
5. BAO–CMB ‘자’의 세부 일치: 음향 봉우리가 정한 코히어런스 스케일이 한 지도에서 BAO 자와 자연스럽게 맞아야 하며, 별도 미세 조정은 필요하지 않습니다.

독자에게 바뀌는 점

1. 관점: ‘폭발의 잔광’이 아니라, ‘텐서 국소 잡음의 열적 바탕 + 텐서 지형의 겹침’으로 봅니다. 이상은 공동 영상화를 돕는 필리그리로 다룹니다.
2. 방법: 잔차로 지형을 그립니다. CMB·약한 렌즈·방향성 미세 거리 이동이 같은 방향·환경에서 정렬되는지를 요구합니다.
3. 기대: 강한 B-모드에 기대지 않습니다. 일관된 마이크로 바이어스, 렌즈–거리의 ‘한 지도’ 수렴, 경로 진화에서 비롯한 분색 없는 오프셋을 살핍니다.

절 요약

1. 표준 기원(열사 + 원시 요동)은 CMB의 ‘본체’와 ‘리듬’을 정확히 설명하지만, 큰각도·렌즈 세기·프로브 간 정합의 세목에서는 때로 ‘누더기’처럼 보입니다.
2. ‘에너지 바다’ 재서술은 CMB를 텐서 국소 잡음의 열적 바탕 + 텐서 지형 겹침으로 통일합니다.
   • 거의 완전한 흑체성과 높은 균일성은 초기의 빠른 열평형화에서 옵니다.
   • 무늬의 스케일과 지향은 음향 비트와 텐서 지형이 정합니다.
   • 경로에서는 통계적 텐서 중력이 굽힘과 평활화를 맡고 약한 B-모드를 만들며, 분색 없는 경로 진화가 전체적 오프셋을 남깁니다.
3. 방법론적으로, 공유 텐서 퍼텐셜 베이스맵은 프로브 간 ‘한 장 지도, 여러 용도’를 가능하게 하여, ‘이상’을 공동 영상화의 증거로 바꾸고 가정을 줄이면서 검증력을 높입니다.