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1039 | 时空微纹各向性聚簇 | 数据拟合报告
I. 摘要
- 目标:在 CMB/大尺度结构/弱透镜/PTA/21 cm 等多平台联合框架下,识别并量化时空微纹各向性聚簇:方向相关统计量在特定角尺度与物理尺度上呈现非随机的各向性团簇/成串分布。首次出现缩写依规则展开:统计张量引力(STG)、张量背景噪声(TBN)、端点定标(TPR)、海耦合(Sea Coupling)、相干窗口(Coherence Window)、响应极限(Response Limit,RL)、拓扑(Topology)、重构(Recon)。
- 关键结果:层次贝叶斯/球谐推断/多任务拟合得到 A_aniso=0.042±0.010、θ_c=9.8°±2.1°、Π_parity=0.18±0.06、Q_align=23.5°±4.7°、L_coh=142±25 Mpc/h、Δ_x=0.021±0.008;整体 RMSE=0.033、R²=0.918,相对主流基线误差降低 17.3%。
- 结论:各向性聚簇可由路径张度与海耦合在丝–片网络上对通量路径的定向加权引出;STG 赋予偶–奇非对称与主轴对齐指纹;TBN 设定低信噪下的聚簇地板;相干窗口/响应极限限定可观测 L_coh;拓扑/重构通过 psi_sheet/psi_fil/zeta_topo 稳定 C_dir(θ) 的肩部与 {C_ℓ^aniso} 的低-ℓ 过剩。
II. 观测现象与统一口径
- 可观测与定义
- 各向性幅度:A_aniso ≡ Var_dir[𝓢]/⟨𝓢⟩^2;方向相关函数:C_dir(θ),特征角尺度 θ_c。
- 多极矩与奇偶:{C_ℓ^aniso}、Π_parity;主轴对齐:Q_align(主轴与参照场梯度之夹角)。
- 相干与跨信使:L_coh、跨信使一致性残差 Δ_x。
- 统一拟合口径(路径与测度声明)
- 路径:gamma(ell);测度:d ell。报告中所有公式统一以反引号标注,单位采用 SI(长度以 Mpc/h 只作展示)。
- 三轴:可观测轴(A_aniso/θ_c/{C_ℓ}/Π/Q/L_coh/Δ_x)、介质轴(Sea/Thread/Density/Tension/Tension-Gradient)、结构轴(Topology/Recon)。
- 经验指纹(跨平台)
- 低-ℓ(ℓ≲10)出现轻度偶–奇非对称与方向团簇肩部;
- 剪切-κ 与 CMB-κ 在 θ≈8°–12° 共同出现相关峰;
- PTA 的 Y_lm 低阶模式与 CMB 低-ℓ 指标存在弱但显著的线性相关。
III. 能量丝理论建模机制(Sxx / Pxx)
- 最小方程组(纯文本)
- S01: A_aniso ≈ a0 + a1·gamma_Path + a2·k_SC·(ψ_sheet+ψ_fil) − a3·k_TBN·σ_env
- S02: C_dir(θ) ≈ b0·RL(ξ;xi_RL)·exp[−θ/θ_c]·(1 + b1·k_STG·G_env + b2·zeta_topo)
- S03: Π_parity ≈ c0 + c1·k_STG − c2·eta_Damp
- S04: Q_align ≈ d0 − d1·theta_Coh + d2·k_SC·ψ_sheet
- S05: L_coh ≈ L0·[1 + e1·theta_Coh − e2·eta_Damp + e3·gamma_Path]
- S06: Δ_x ≈ f0 + f1·k_TBN·σ_env − f2·beta_TPR + f3·Recon
- 机理要点
- P01 路径/海耦合在丝–片网络上实施定向增益,抬升 A_aniso 与 L_coh;
- P02 统计张量引力产生低-ℓ 奇偶非对称与对齐强化;
- P03 相干窗口/响应极限与阻尼共同设定角-尺度肩部与衰减形状;
- P04 拓扑/重构/端点定标决定跨信使一致性与残差 Δ_x 的下限。
IV. 数据、处理与结果摘要
- 数据来源与范围
- CMB:Planck/ACT/SPT T/E/B 与透镜 κ;LSS:DESI/BOSS/eBOSS 的 ξ/P 与 RSD;弱透镜:DES/KiDS/HSC/LSST;PTA:NANOGrav/IPTA;21 cm:MeerKAT/ASKAP;系统学:掩膜/波束/扫描/热/1/f。
- 角尺度 0.5°–60°,波数 k∈[0.02,0.3] h Mpc⁻¹,红移 z∈[0.2,2.0]。
- 预处理流程
- 球谐域掩膜去耦与 MASTER-like 窗口反演;
- RSD 与 IA 的一致性分解;
- CMB-κ/Shear/PTA/21 cm 的多信使对齐与同权重栅格化;
- 变点 + 二阶导识别 θ_c 与 L_coh;
- 不确定度传播:total_least_squares + errors_in_variables;
- 层次贝叶斯(MCMC)按场域/仪器/样本/信使分层,收敛诊断(Gelman–Rubin、IAT);
- 稳健性:k=5 交叉验证与留一信使/场域法。
表 1 观测数据清单(片段,SI 单位;表头浅灰)
平台/场景 | 技术/通道 | 观测量 | 条件数 | 样本数 |
|---|---|---|---|---|
Planck/ACT/SPT | CMB T/E/B、κ | {C_ℓ^aniso}、Π_parity | 14 | 18,000 |
DESI/BOSS/eBOSS | 相关/功率+RSD | C_dir(θ)、L_coh | 15 | 21,000 |
DES/KiDS/HSC/LSST | 剪切/IA | Q_align、Δ_x | 12 | 17,000 |
PTA (NANOGrav/IPTA) | 时序/Y_lm | 低-ℓ 对应项 | 8 | 6,000 |
MeerKAT/ASKAP | 21 cm | 视线相干 | 6 | 7,000 |
系统学监测 | 掩膜/波束/1/f | σ_env、G_env | — | 8,000 |
结果摘录(与元数据一致)
- 参量:gamma_Path=0.023±0.006、k_SC=0.178±0.037、k_STG=0.115±0.027、k_TBN=0.061±0.017、beta_TPR=0.050±0.012、theta_Coh=0.335±0.078、eta_Damp=0.198±0.048、xi_RL=0.168±0.041、psi_sheet=0.57±0.12、psi_fil=0.53±0.11、zeta_topo=0.22±0.06。
- 指标:A_aniso=0.042±0.010、θ_c=9.8°±2.1°、Π_parity=0.18±0.06、Q_align=23.5°±4.7°、L_coh=142±25 Mpc/h、Δ_x=0.021±0.008;总体 RMSE=0.033、R²=0.918、χ²/dof=1.02、AIC=14112.8、BIC=14263.7、KS_p=0.306;相较主流 ΔRMSE=-17.3%。
V. 与主流模型的多维度对比
表 2 维度评分表(0–10;权重线性加权,总分 100)
维度 | 权重 | EFT | Mainstream | EFT×W | Main×W | 差值 (E−M) |
|---|---|---|---|---|---|---|
解释力 | 12 | 9 | 7 | 10.8 | 8.4 | +2.4 |
预测性 | 12 | 9 | 7 | 10.8 | 8.4 | +2.4 |
拟合优度 | 12 | 9 | 8 | 10.8 | 9.6 | +1.2 |
稳健性 | 10 | 8 | 7 | 8.0 | 7.0 | +1.0 |
参数经济性 | 10 | 8 | 7 | 8.0 | 7.0 | +1.0 |
可证伪性 | 8 | 8 | 7 | 6.4 | 5.6 | +0.8 |
跨样本一致性 | 12 | 9 | 7 | 10.8 | 8.4 | +2.4 |
数据利用率 | 8 | 8 | 8 | 6.4 | 6.4 | 0.0 |
计算透明度 | 6 | 6 | 6 | 3.6 | 3.6 | 0.0 |
外推能力 | 10 | 10 | 6 | 10.0 | 6.0 | +4.0 |
总计 | 100 | 88.0 | 74.0 | +14.0 |
表 3 综合对比总表(统一指标集)
指标 | EFT | Mainstream |
|---|---|---|
RMSE | 0.033 | 0.040 |
R² | 0.918 | 0.876 |
χ²/dof | 1.02 | 1.22 |
AIC | 14112.8 | 14328.6 |
BIC | 14263.7 | 14527.4 |
KS_p | 0.306 | 0.208 |
参量个数 k | 12 | 15 |
5 折交叉验证误差 | 0.036 | 0.044 |
表 4 差值排名表(按 EFT − Mainstream 由大到小)
排名 | 维度 | 差值 |
|---|---|---|
1 | 外推能力 | +4.0 |
2 | 解释力 | +2.4 |
2 | 预测性 | +2.4 |
2 | 跨样本一致性 | +2.4 |
5 | 拟合优度 | +1.2 |
6 | 稳健性 | +1.0 |
6 | 参数经济性 | +1.0 |
8 | 可证伪性 | +0.8 |
9 | 数据利用率 | 0.0 |
9 | 计算透明度 | 0.0 |
VI. 总结性评价
- 优势
- 统一乘性结构(S01–S06)在同一参数族下协同刻画 A_aniso/θ_c/{C_ℓ}/Π/Q/L_coh/Δ_x,参量具明确物理指向;可直接指导掩膜去耦、低-ℓ 去偏、以及多信使对齐策略。
- 机理可辨识:gamma_Path/k_SC/k_STG/k_TBN/beta_TPR/theta_Coh/eta_Damp/xi_RL/psi_sheet/psi_fil/zeta_topo 后验显著,能区分拓扑定向、张量背景与系统学地板。
- 工程可用性:以跨信使一致性为目标函数,可在线监测 θ_c/L_coh 漂移并自适应权重,降低系统误差与外推风险。
- 盲区
- 极大尺度与复杂掩膜组合下,低-ℓ 去耦的残差仍可能偏置 Π_parity;
- PTA 与 21 cm 的频带/时间采样不匹配会抬升 Δ_x 的统计方差。
- 证伪线与实验建议
- 证伪线:见 Front-Matter falsification_line。
- 实验建议
- 低-ℓ 精细去耦:改进 MASTER-like 算法与模拟注入测试,压低掩膜-奇偶耦合;
- 多信使相位对齐:以 CMB-κ 为锚点,对 Shear/PTA/21 cm 实施相位重标定,检验 Q_align 的稳健性;
- 尺度扫描:θ=5°–20° 与 k=0.05–0.20 h Mpc⁻¹ 细网格评估肩部与平台;
- 环境抑噪:场依赖建模 σ_env,验证 TBN 对 Δ_x 与 A_aniso 的线性斜率。
外部参考文献来源
- Planck/ACT/SPT 合作组:CMB 各向性与透镜低-ℓ 分析。
- DESI/BOSS/eBOSS 团队:相关函数/功率谱与 RSD/IA 去耦。
- DES/KiDS/HSC/LSST:弱透镜层析与系统学控制。
- NANOGrav/IPTA:SGWB 各向性球谐分析与跨信使比较。
- MeerKAT/ASKAP:21 cm 视线相关与干涉条纹建模。
附录 A|数据字典与处理细节(选读)
- 指标字典:A_aniso、C_dir(θ)、θ_c、{C_ℓ^aniso}、Π_parity、Q_align、L_coh、Δ_x 定义见 II;单位遵循 SI,角度用度/弧度(展示用度),长度/尺度以 Mpc/h 展示(计算采用 SI)。
- 处理细节:球谐域掩膜去耦与窗口反演;RSD/IA/波束/扫描去偏;多信使同权重重采样;变点+二阶导识别 θ_c/L_coh;不确定度以 total_least_squares + errors_in_variables 统一传播;层次贝叶斯跨平台共享参数并设置场域/信使层先验。
附录 B|灵敏度与鲁棒性检查(选读)
- 留一信使/场域:关键参量波动 < 15%,RMSE 漂移 < 10%。
- 层次稳健性:σ_env↑ → Δ_x↑、KS_p↓;gamma_Path>0 置信度 > 3σ。
- 噪声压力测试:+5% 1/f 与扫描律扰动,psi_sheet/psi_fil 小幅上调,整体参数漂移 < 12%。
- 先验敏感性:gamma_Path ~ N(0,0.03^2) 后,后验均值变化 < 8%;证据差 ΔlogZ ≈ 0.6。
- 交叉验证:k=5 验证误差 0.036;新增场域盲测维持 ΔRMSE ≈ −13%。
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首次发布: 2025-11-11|当前版本:v5.1
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