第40章：时间延迟宇宙学中的“环境可预报残差”

目录 ／ 附录-1. 预测和证伪（V6.0）

一、前言
强引力透镜的时间延迟宇宙学，以“同一源的多像光变”作为钟面：在测得像间时间延迟后，结合透镜质量分布与外场修正，可反推时间延迟距离并进入宇宙学参数。其关键难点并不只在“宏模型是否精细”，更在于：视线与邻域的多平面结构、外会聚与外剪切、以及像类型（尤其鞍点像）对微扰的敏感性，会把残差以“散点”形式写进时间延迟；而这些散点若只是随机噪声，最终只能被误差条吞没。
本章提出相反的可证伪主张：在主流质量建模与外场修正之后，时间延迟残差中存在一部分并非随机散点，而是可由环境前馈稳定预测的“环境可预报残差”。若这一残差真实存在，它必须同时满足三条硬口径：跨波段近无色散、跨方法稳健复现、并对环境等级呈单调或阈值式结构；否则即被否证。

二、预测（核心一句话）
在对每个透镜系统完成主流宏质量建模（含外会聚 κ_ext 与外剪切 γ_ext 的标准修正）并冻结光变提取口径后，定义像对 i–j 的归一化时间延迟残差
R_ij = (Δt_obs,ij − Δt_model,ij) / σ_ij。
则 R_ij 将呈现“环境可预报性”：其符号与强弱可由视线环境与宇宙网结构（κ/γ 场、星系计数、丝状体连通度与取向、多平面结构分位等）前馈预测，且在高纤维度/高 κ 或团簇—群环境中更强、在空洞环境中更弱；对像对类别呈系统性依赖（含鞍点像的像对更敏感）；并在更换观测波段与光变抽取方法后保持同向一致（近无色散）。若残差主要随采样节律、微透镜时延、质量片层退化、或数据处理口径而变，或缺乏跨方法—跨团队—跨镜像—跨历年复现，则否证。

三、一句话目标
在统一时标/频标与源端定标的前提下，把时间延迟宇宙学的“残差散点”转化为可仲裁对象：检验其是否存在可被环境前馈命中的稳定结构，并用无色散与留出复验将其与微透镜、采样与宏模型退化严格区分。

四、要测什么

• 残差指数（文字化分级）
  对每个系统与像对 i–j，在统一带通与光变抽取后计算 R_ij，并按强/中/弱；正/负；稳定/不稳定分级；在“系统 × 像对 × 观测窗口 × 方法族”网格上记录符号与幅度是否稳定。
• 环境前馈命中率（可预报性）
  为每个系统（必要时到每个像）构建环境指数 J_env（由 κ_ext、γ_ext、星系数密度、到丝结点距离、连通度分位、视线多平面结构分位等综合），检验：按 J_env 排序后，R_ij 的强弱与符号是否呈单调增强、平台或阈值式跃迁；并统计预测卡命中率相对随机置换的增益。
• 像类型敏感性（鞍点像特征）
  把像对按“是否包含鞍点像、最小像/鞍点像组合、奇像敏感组合”等类别分层，比较 R_ij 的散点与环境依赖强度是否系统更强；要求该差异在不同系统族中同向复现。
• 无色散核验（跨波段一致）
  在可行时对同一系统的不同波段（光学不同带、近红外、射电）与不同光变提取链路分别估计 Δt_obs,ij，并比较 R_ij 的方向与强弱排序；任何呈显著波段依赖或规律性翻向者，必须优先归入微透镜时延或光变处理系统学。
• 时间窗稳定性与零时滞同现
  对同一系统跨季节/跨年度的独立观测窗，比较 R_ij 的符号与强弱是否稳定；并在同一观测窗内检验不同像对的残差是否呈与环境一致的“同窗结构”（不要求严格零时滞，但要求不被采样节律驱动的假同步主导）。
• 模型族稳健性
  对不同宏模型族（质量剖面族、外场先验、像素化源重建与参数化模型）分别输出 Δt_model,ij 与 R_ij，检验“环境可预报部分”是否跨模型族同向存在；把模型族差异作为上限预算公开。

五、怎么做

1. 样本与数据口径
   选择具有高质量时间延迟与高分辨成像的系统族（类星体透镜与透镜超新星均可），并要求宽场环境数据可得（深成像/光谱或等效弱透镜与星系目录）；对每个系统发布统一的观测窗口、采样节律与测光质量标注。
2. 光变提取双路径
   • 路径 A：基于差分成像与点扩散函数拟合的光变提取；
   • 路径 B：基于像分离与前向建模的光变提取；
   • 两条路径在冻结参数与剔除条款下独立产出 Δt_obs,ij 与 σ_ij，并对采样节律、季节缺口与系统性漂移给出文字化等级。
3. 透镜建模双路径
   • 路径 C：参数化质量模型（含外剪切、可选多平面）并进行模型族边际化；
   • 路径 D：自由度更高的像素化/半参数化重建并对外场先验做留出；
   • 两条建模路径均输出 Δt_model,ij 与不确定度预算，并冻结“质量片层自由度”处理口径，避免用解盲结果回调先验。
4. 环境模板与指数构建
   在不接触时间延迟残差的前提下，先构建并冻结环境图层：κ/γ 代理、星系计数与红移分层、丝骨架连通度与取向、多平面结构分位；据此定义 J_env，并为每个系统（必要时每条像射线）生成“残差方向/强度/像类敏感性”的预测卡。
5. 前馈—盲化—仲裁
   前馈组仅用 J_env 与像类标签发布预测卡；测量组在盲化条件下独立产出 R_ij 分级表；仲裁组按预注册规则对齐预测卡与实测分级，在“环境等级 × 像类 × 波段 × 方法族”维度统计命中、错向与空击率，并设置留出环境（空洞对照、高 κ 团簇对照）与留出像类（含鞍点像像对）作最终检验。
6. 跨历年复验与外部复算
   对同一系统的独立观测年份重复全流程；对不同团队的独立管线复算要求使用同一份预注册口径与留出条款，仅比较“环境可预报部分”的稳定性与可迁移性。

六、阳性/阴性对照与空检

• 阳性对照（支持环境可预报残差）
  在高纤维度/高 κ 或团簇—群环境中，R_ij 的强弱与符号可被 J_env 前馈命中，且含鞍点像的像对呈更强环境敏感性；更换波段与光变提取/建模路径后方向不翻向；留出环境与留出像类中仍命中。
• 阴性对照（反对环境可预报残差）
  R_ij 的散点主要随采样节律、季节缺口、测光系统漂移而变；或随波段显著变化（呈微透镜时延特征）；或在更换宏模型族后符号与排序频繁翻转；或对环境等级不呈单调、命中率接近随机。
• 空检
  对环境标签置换、环境模板随机旋转/平移（保持统计分布但破坏同位关系）、像类标签置换、观测窗口打乱等进行空检；任何在空检下仍保持同等级显著的“可预报性”，不得计入主结论。

七、支持（通过）判据

• 在至少 2 套独立光变提取路径与 2 套独立透镜建模路径下，环境前馈对 R_ij 的方向/强度命中率显著高于随机置换，并在高 κ/高连通环境中更强、在空洞环境中更弱。
• 像对类别依赖可复验：含鞍点像的像对显示系统更强的环境敏感性，且该结论在跨系统族与跨年度复测中同向成立。
• 无色散成立：更换波段与测光链路后，R_ij 的符号与排序保持一致或在可预注册的微透镜剔除规则下收敛一致。
• 结论在留出环境与留出像类上独立复验通过，并对模型族变体稳健（只允许幅度收缩，不允许系统翻向）。

八、否证（未通过）判据

• 环境前馈命中率长期接近随机，或所谓命中由单一管线/单一模型族驱动，跨方法即消失。
• 残差显著波段依赖或随波段规律翻向，且可被微透镜时延、测光漂移或采样节律解释。
• 像类敏感性不成立：含鞍点像的像对不表现出更强环境依赖，或结论在跨年度/跨团队中不复现。
• 空检与标签置换同样显著，或留出环境/留出像类中信号消失，表明方法偏差或选择效应主导。

九、系统误差与对策（不超过三点）

• 微透镜时间延迟与波段依赖
  可在不同波段引入时延偏置并伪造“环境相关”。对策：多波段联合、射电优先对照、对微透镜强系统的剔除/降权规则预注册，并把波段不一致直接作为否证门槛。
• 质量片层退化与外场先验依赖
  宏模型族与外场先验可能把真实外场吸收为模型自由度。对策：多模型族并行与模型平均；将外场先验留出；只接受跨模型族同向且幅度收缩的“环境可预报部分”。
• 采样节律与光变处理系统学
  季节缺口、测光漂移与差分成像残差可制造假散点。对策：双光变路径、统一剔除条款、对采样窗口与质量等级分层报告，并把“只在单一窗口显著”的信号降级为系统学嫌疑。

十、执行与公开

• 预注册：R_ij 定义、分级口径、像类分类规则、环境指数 J_env 的构成、统计检验与空检方案、剔除与降权条款、留出环境与留出像类定义、仲裁计分规则。
• 留出与复验：至少留出一类高 κ 团簇环境与一类空洞环境；留出含鞍点像的关键像对集合；并设跨年度留出窗用于最终裁决。
• 公开材料：发布预测卡、R_ij 分级表、环境模板摘要（文字化）、各模型族的不确定度预算摘要、光变质量与采样日志、以及可复算脚本与关键中间产物说明。

十一、成败线
若强透镜时间延迟在主流建模与外场修正后仍出现可被环境前馈稳定命中的残差结构，且该结构跨波段近无色散、对像类（尤其鞍点像）呈可复验敏感性并在留出与空检中可分，则支持“环境可预报残差”；否则若命中率近随机、或残差主要由微透镜/采样/宏模型退化与处理口径解释且不可跨团队复现，即被否证。