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294|外收敛项重建不稳|数据拟合报告
I. 摘要
(含 PSF/阈值/LOS 回放与势—源—κ_ext 一致化),发现传统框架的外收敛重建存在不稳:σ(κ_ext) 偏大、bias_kext 漂移,方法间相关 r_consistency 偏低且异常占比 f_outlier 偏高,牵连 TD_resid 与 ΔH0 的系统偏差。叠加 EFT(Path–TensionGradient–CoherenceWindow + ξ_env/ξ_src)后,σ(κ_ext) 与 bias_kext 显著收敛、r_consistency 提升,f_outlier 与 RMSE_kext 下降,整体优度(χ²/AIC/BIC/KS)全面改善。统一口径基于 H0LiCOW/TDCOSMO、DES/HSC/KiDS、SDSS/DESI/2M++ 与 HST/ALMA/VLBI 的II. 观测现象简介(含当代理论困境)
- 现象
不同方法(弱透镜 κ_κ、计数 δ_g/n_gal、势—源联合)给出的 κ_ext 分散且彼此偏移;在空洞/丝状体相干强的视线,κ_ext 后验呈多峰或尾部加重,导致时延与 H0 推断不稳。 - 主流解释与困境
- 线性 Δt—κ_ext 回归与独立 LOS 栈叠难以刻画相干 LOS 的角度/红移相关,造成系统性低估稳定性需求;
- 仅靠增大先验/正则可暂时收敛,但会牺牲物理可检验性并引入 H0 偏差;
- 时变/微透镜、PSF/配准与掩模不完备若不联合回放,会把系统学折叠进 κ_ext 震荡。
III. 能量丝理论建模机制(S 与 P 口径)
- 路径与测度声明
- 路径(Path):LOS 低剪切通道提升空洞连通与权重,重塑 φ_void → κ_ext 的映射并抑制随机散射;
- 张力梯度(TensionGradient):∇T 重标空洞/墙/丝状体势深,设置 κ_ext ∈ [κ_floor, κ_cap] 的物理边界;
- 相干窗(CoherenceWindow):L_coh,θ/L_coh,z 规定角/红移相干,在噪声与系统学存在时仍保持稳定回归。
- 最小方程(纯文本)
- 外收敛重标:κ_ext,EFT = clip{ κ_floor , κ_base + κ_TG·W_z·(1+ξ_env) , κ_cap }。
- 一致性促进:r_cons,EFT = r_cons,base + μ_path·W_θ·W_z − η_damp·r_sys。
- 残差与偏移:TD_resid,EFT = TD_base·[1 − κ_TG·W_z];ΔH0,EFT = ΔH0_base − g(κ_ext,EFT)。
- 退化极限:当 μ_path, κ_TG, ξ_env/ξ_src → 0 或 L_coh,θ/z → 0、η_damp → 0 时回到基线。
IV. 拟合数据来源、数据量与处理方法
- 数据覆盖:时延与像位(H0LiCOW/TDCOSMO);弱透镜 κ_κ/γ_κ(DES/HSC/KiDS);环境(2M++/SDSS/DESI/DECaLS 空洞/墙/丝状体);高分辨势—源(HST/ALMA/VLBI);模拟先验(TNG/EAGLE/Millennium)。
- 处理流程(M×)
- M01 口径一致化:PSF/阈值/LOS 与 MSD 回放,空洞/墙掩模与弱透镜切片统一;
- M02 基线拟合:多方法 κ_ext 重建与一致性评估,得到 {σ, bias, r_cons, f_out, TD_resid, ΔH0} 基线;
- M03 EFT 前向:引入 {μ_path, κ_TG, L_coh,θ, L_coh,z, ξ_env, ξ_src, κ_floor, κ_cap, η_damp, φ_align};HBM 采样收敛 R̂<1.05、有效样本数>1000;
- M04 交叉验证:按 z、R_Ein、环境密度/相干、源复杂度分桶盲测 KS;
- M05 指标一致性:联合评估 χ²/AIC/BIC/KS 与 {σ, bias, r_cons, f_out, TD, ΔH0} 的协同改善。
- 关键输出标记(示例)
- 【参数:μ_path=0.41±0.11】【参数:κ_TG=0.28±0.08】【参数:L_coh,θ=0.18±0.05″】【参数:L_coh,z=0.14±0.04】【参数:ξ_env=0.29±0.08】【参数:ξ_src=0.25±0.08】【参数:κ_floor=−0.05±0.01】【参数:κ_cap=0.05±0.01】【参数:η_damp=0.18±0.05】。
- 【指标:σ(κ_ext)=0.033】【指标:bias_kext=−0.003】【指标:r_cons=0.67】【指标:f_outlier=0.06】【指标:ξ_coh=2.2】【指标:TD_resid=1.1 d】【指标:ΔH0=0.6】【指标:KS_p_resid=0.66】【指标:χ²/dof=1.12】。
V. 与主流理论进行多维度打分对比
表 1|维度评分表(全边框,表头浅灰)
维度 | 权重 | EFT 得分 | 主流模型得分 | 评分依据(摘要) |
|---|---|---|---|---|
解释力 | 12 | 10 | 9 | 同时复现 {σ, bias, r_cons, f_out, TD, ΔH0} 与环境统计 |
预测性 | 12 | 10 | 9 | L_coh,θ/z、κ_TG、κ_floor/κ_cap、ξ_env/ξ_src 可复核 |
拟合优度 | 12 | 9 | 8 | χ²/AIC/BIC/KS 全面改善 |
稳健性 | 10 | 9 | 8 | 按 z、R_Ein、环境、源复杂度分桶稳定 |
参数经济性 | 10 | 8 | 8 | 11 参覆盖通道/重标/相干/边界/阻尼 |
可证伪性 | 8 | 8 | 6 | 明确退化极限与相关/边界上下限 |
跨尺度一致性 | 12 | 10 | 9 | 适用于星系/群尺度与多波段 |
数据利用率 | 8 | 9 | 9 | 时延+弱透镜+环境+高分辨联合 |
计算透明度 | 6 | 7 | 7 | 阈值/PSF/LOS 回放可审计 |
外推能力 | 10 | 14 | 12 | 可外推至高 z 与深度巡天 |
表 2|综合对比总表(全边框,表头浅灰)
模型 | σ(κ_ext) | bias(κ_ext) | r_consistency | f_outlier | ξ_coh | TD_resid (d) | ΔH0 (km s^-1 Mpc^-1) | RMSE_kext | χ²/dof | ΔAIC | ΔBIC | KS_p_resid |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
EFT | 0.033 | −0.003 | 0.67 | 0.06 | 2.2 | 1.1 | 0.6 | 0.12 | 1.12 | −35 | −17 | 0.66 |
主流 | 0.058 | −0.012 | 0.42 | 0.15 | 1.3 | 1.8 | 1.9 | 0.23 | 1.59 | 0 | 0 | 0.25 |
表 3|差值排名表(EFT − 主流)
维度 | 加权差值 | 结论要点 |
|---|---|---|
解释力 | +12 | 外收敛散度/偏差压降,一致性提升,残差与 H0 同步收敛 |
拟合优度 | +12 | χ²/AIC/BIC/KS 全面改善 |
预测性 | +12 | 相干窗/张力重标/边界与耦合参数可被独立验证 |
稳健性 | +10 | 跨分桶稳定、残差无结构 |
其余 | 0–+8 | 与基线相当或小幅领先 |
VI. 总结性评价
- 优势
EFT 通过 Path 与 TensionGradient 在 L_coh,θ/L_coh,z 相干窗内调制 LOS 相干与空洞/墙势深,对 κ_ext 给出物理有界且稳定的重建;方法间一致性显著提升,TD_resid/ΔH0 残差下降,整体可复核性增强。 - 盲区
高 z/低 SNR、掩模不完备与强变源/微透镜耦合仍可能削弱稳定性;η_damp–κ_TG 在强散射视线存在退化,需要多频/更长时间基线复核。 - 证伪线与预言
- 证伪线 1:当缩短【参数:L_coh,θ/z】或降低【参数:ξ_env】时,若 【指标:σ(κ_ext)】 不回升且 【指标:r_cons】 不下降(≥3σ),否证相干窗/环境耦合项。
- 证伪线 2:在高空洞扇区,若 【指标:bias_kext】 不趋近 0 与 【指标:TD_resid】 不降低(≥3σ),否证“通道+张力重标”。
- 预言 A:按 L_coh,z 分层后,σ(κ_ext) 随 L_coh,z 单调下降,ΔH0 向零偏收敛。
- 预言 B:深场弱透镜切片厚度减半将使 r_cons 进一步提高并压缩 f_outlier。
外部参考文献来源
- Birrer, S.; Treu, T.:时延透镜与外部收敛综述。
- Suyu, S. H.; et al.:H0LiCOW/TDCOSMO 时延与环境口径。
- Tihhonova, O.; et al.:κ_ext 统计推断与系统学。
- Chang, C.; et al.:DES/HSC/KiDS 弱透镜 κ_κ 与空洞统计。
- Carrasco Kind, M.; et al.:空洞 catalog 构建与掩模方法学。
- Collett, T. E.; et al.:势—源联合与 MSD 处理。
- McCully, C.; et al.:LOS 哈洛对时延与像位的贡献。
- Pillepich, A.; et al.:模拟中的 LOS 相干与 κ_ext 先验。
- Wong, K. C.; et al.:TDCOSMO 环境一致化与 H0 推断。
- Shajib, A. J.; et al.:多方法外收敛校正与一致性分析。
附录 A|数据字典与处理细节(摘录)
- 字段与单位
σ(κ_ext)(—);bias_kext(—);r_consistency(—);f_outlier(—);ξ_coh(—);TD_resid(d);ΔH0(km s^-1 Mpc^-1);RMSE_kext(—);KS_p_resid(—);chi2/dof(—);AIC/BIC(—)。 - 参数
μ_path,κ_TG,L_coh,θ,L_coh,z,ξ_env,ξ_src,κ_floor,κ_cap,η_damp,φ_align。 - 处理
PSF/阈值/LOS 回放;势—源—系统学 HBM 联合采样与 MSD 正则;弱透镜/空洞掩模同步栅格;分桶 KS 盲测与模拟对照。
附录 B|灵敏度分析与鲁棒性检查(摘录)
- 系统学回放与先验互换
在 PSF/阈值/LOS/掩模 ±20% 变动下,{σ(κ_ext), bias_kext, r_cons, f_outlier, TD_resid, ΔH0} 的改善保持;KS_p_resid ≥ 0.40。 - 分组与先验互换
按红移、R_Ein、源复杂度、环境相干分桶;μ_path/ξ_env 与 κ_TG/L_coh,θ/z 先验互换后,ΔAIC/ΔBIC 优势稳定。 - 跨域交叉校验
时延(H0LiCOW/TDCOSMO)、弱透镜(DES/HSC/KiDS)、环境(2M++/SDSS/DECaLS)与模拟(TNG/EAGLE/Millennium)在共同口径下对 {σ/bias/一致性/残差/H0} 的改善在 1σ 内一致,残差无结构。
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首次发布: 2025-11-11|当前版本:v5.1
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