第34章：引力波传播“无色散项”与环境（多谱段跨台阵）

目录 ／ 附录-预测和证伪

一、【一句话目标】
在统一时标/频标与源端定标框架下，整合脉冲星计时阵列（PTA，nHz）、空间引力波台阵（LISA，mHz）与地面干涉仪网络（LIGO/Virgo/KAGRA/后续 ET/CE，Hz–kHz）的联合数据，重建面向引力波（GW）传播的“无色散公共项”指纹：在波形拟合残差与跨台站对齐之后，检验是否存在一个频率无关、极化无关、时间窗稳定的常项（到达时/相位/包络位移/记忆阶跃），并评估其与路径环境（视线引力势/宇宙大尺度结构/银河与太阳系环境）之间的单调关联。若该常项可由已知色散/标定/星历/电离介质等机制解释，或缺乏跨谱段—跨台阵—跨团队复现，则否证。

二、【要测什么】

• 刚性平移残差（文字化分级）
  对每个事件（或 PTA 频率分量），在标准广义相对论波形拟合并网络对齐后，提取到达时/相位零点/包络峰/记忆阶跃的常项位移；以强/中/弱；上抬/下压分级形成时间窗—频段—极化索引的指纹。
• 非色散一致性
  在分频窗（PTA 的窄带正弦、LISA 的 mHz 子带、地面台阵的多频段）与全极化上，要求常项位移与残差强度排序不随λ²/1/ν/f^α出现规律性翻向/缩放；若对带边高度敏感，判为链路/方法项。
• 跨台阵零时滞同现
  对同源/同窗事件（如地面台阵并发、LISA—地面过渡期的同一长时标源、PTA 的持续信号），在对齐口径下评估零时滞峰与侧翼对比（强/中/弱），并检验其与常项位移的演化是否同向。
• 环境相关与分层
  构建路径环境自变量：视线引力势积分（类 Shapiro 量）、到宇宙丝/团/结点距离、银河纬度与厚盘穿越长度、太阳系星历与行星几何、PTA 视线电离/行星际等离子代理；记录常项随环境的增强/平台/不相关。
• 源端稳健性
  比较常项位移在不同源类/天空区/质量—自旋/观测几何下的方向与强度排序；若仅通过源参退化即可复制，降级。
• 极化与谐波共证
  在**±极化/倾角与高次谐波分解后，检验常项是否跨极化—跨谐波**稳定存在；仅单一通道显著则降级。

三、【怎么做】

1. 数据与台阵族
   • PTA（nHz）：IPTA/国际分阵的计时残差与星历/色散量测，做共模/差模分解与天区分层；
   • LISA（mHz）：TDI 通道波形与转移函数，多姿态/季节切分；
   • 地面网络（Hz–kHz）：多台站相干网络重建，含记忆/低频拖尾与校准线留出；
   • 前瞻谱段连接：对长寿命超大质量黑洞并合体的PTA→LISA→地面过渡期建立同源映射/时间窗拼接。
2. 统一定标与去系统化
   • 时间—频率基准：单一外参原子钟/1PPS与跨台站闭环；LISA 用机载时频与地面交叉标定；
   • 转移函数/带通/波束：发布台阵转移函数/带边留出与校准线日志，统一至共同带通核/窗函数；
   • 星历与等离子：PTA 采用多星历族与DM 动态建模（含太阳风），给出残差上限与高不确定天区留出。
3. 指纹构建与层析
   • 同位—同窗栅格：以事件/频窗×台阵×极化为单元，计算常项位移、零时滞指数与残差强度的文字化表；
   • 环境切片：在天区×红移/频窗×环境强度分位上，输出单调/平台/不相关标签；
   • 谱段拼接：对可能同源的PTA—LISA—地面时间片，建立刚性平移连续性与符号稳定性检测。
4. 前馈—盲化—仲裁
   • 环境前馈组：仅用大尺度结构/银河几何/星历不确定/电离代理与掩膜，发布预测卡（常项方向/强度、是否无色散、零时滞是否显著）；
   • 测量组（独立管线）：至少两条清洗路径（时域优先/频域优先）、两种窗函数/对齐策略并行；
   • 仲裁组：对齐预测卡—实测摘要，在谱段/台阵/季节/方法族维度统计命中/错向/空击率。
5. 交叉一致性
   • 与第27章（路径红移四维层析）对齐环境切片与公共项方向；
   • 与第1章（跨探针无色散公共项）对齐无色散/零时滞口径；
   • 与第29章（CMB 微畸变时演底噪）核对大尺度路径项的符号与强度方向。

四、【阳性/阴性对照与剥离假象】

1. 阳性对照（支持“无色散项—环境”）：
   • 在多谱段—多台阵下，常项位移呈同向/符号稳定，并在对齐口径中表现出零时滞同现；
   • 非色散成立：常项不随λ²/1/ν/f^α规律翻向/缩放，且与带边/校准线弱相关；
   • 环境单调/平台成立：常项与视线引力势/宇宙丝环境/银河穿越长度/星历不确定度呈单调增强或平台；
   • 跨团队/跨方法复现，预测卡命中率显著高于随机。
2. 阴性对照（反对“无色散项—环境”）：
   • 指纹随频率刻度呈色散律，或与转移函数/校准线/带边强相关；
   • 仅在单一台阵/单一频窗/单一路径显著，或对窗函数/对齐/像素口径高度敏感；
   • 星历误差/DM 残差/地面重力梯度噪声即可复制“常项”；
   • 标签置换/掩膜旋转/参数打乱仍“显著”，判为方法/选择偏差。

五、【系统误差与对策（不超过三点）】

• 时钟与延迟标定漂移（跨台阵）：可伪造刚性平移。对策：1PPS＋白噪注入、台站间双向对时/脉冲星基准、异常历元留出与在线告警。
• 转移函数/校准线与 TDI 残差（LISA/地面）：会在特定频窗诱发频率相关位移。对策：带边留出/注入—回收、核变体稳健性与共同带通核统一。
• 星历—等离子残差（PTA）：可把行星质量/太阳风/电离波动投影为“常项”。对策：多星历族边际化、DM 动态模型与高不确定天区留出，并与非 PTA 谱段交叉验真。

六、【执行与公开】

• 预注册：谱段/台阵清单、统一定标/去系统化流程、常项/零时滞/无色散判据、环境自变量与分层口径、阳性/阴性对照与排除条款、仲裁评分；
• 留出与复验：为关键频窗/关键天区/高不确定星历设留出单元；
• 跨团队/跨台阵复现：互换原始时序/残差/对齐脚本/星历版本，开展降采样/加噪/核变体/对齐参数扰动稳健性测试；
• 公开材料：发布预测卡、常项位移表、零时滞与非色散摘要、带通/转移函数/星历/等离子与时钟日志及关键中间产物；
• 与第1/27/29章形成时—频—空—环境的闭环互证并相互引用。

七、【成败线】

1. 支持（通过）：
   • 在**≥2 个谱段（如 PTA＋LISA 或 LISA＋地面）、≥2 套独立管线与≥2 类台阵下，复现无色散的常项位移并呈零时滞同现**；
   • 环境单调/平台成立，且对带通/对齐/窗函数/星历族稳健；
   • 预测卡命中率显著高于随机，留出单元中独立复现。
2. 否证（未通过）：
   • 结果呈色散律或受转移函数/星历/等离子主导，跨谱段/台阵不复现；
   • 对口径/参数高度敏感或在留出单元中消失；
   • 仲裁命中率接近随机，难以与标定/方法伪像区分。