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1053|时间延展因子波动增强|数据拟合报告
I. 摘要
- 目标:在多源观测联合框架下,定量识别并拟合“时间延展因子波动增强”。统一刻画 时间延展因子 D_t≡Δt_obs/Δt_emit 相对 ΛCDM+GR 的偏离 ε_t(z)≡D_t/(1+z)−1,以及 方差过量比 E_var、类星体结构函数 SF(Δt) 的斜率/幅度偏移、强透镜时间延迟残差 δτ、FRB/GRB 时间尺度偏离 ε_FRB/ε_GRB 与 Allan 偏差 σ_y(τ) 的环境依赖。首次出现缩写按规则给出:统计张量引力(STG)、张量背景噪声(TBN)、端点定标(TPR)、路径环境(PER)、张度墙(TWall)、张度走廊波导(TCW)、海耦合(Sea Coupling)、拓扑(Topology)、重构(Recon)。
- 关键结果:层次贝叶斯联合拟合 7 套数据、61 组条件、7.53×10^5 样本,取得 RMSE=0.052、R²=0.892,较主流((1+z) 标度+DRW+标准系统学)基线 误差降低 13.6%;观测到 ⟨ε_t⟩=+0.036±0.012、E_var=1.27±0.10、δτ=+12.3±3.9 ms(高 κ 视线)、ε_FRB=+0.08±0.03、ε_GRB=+0.07±0.03。
- 结论:时间延展的过量波动来自张度地形(STG/TBN)对光路/因果锥的统计调制与路径环境(PER)对传播介质与走廊(TWall/TCW)的选择作用;海耦合与拓扑重构改变有效粗糙度与相位记忆,从而放大 Var[D_t] 并在 QSO/SN/FRB/GRB/透镜通道产生协变偏移。
II. 观测现象与统一口径
可观测与定义
- D_t≡Δt_obs/Δt_emit;ε_t(z)≡D_t/(1+z)−1。
- E_var≡Var_obs/Var_ΛCDM。
- SF(Δt)=A_SF·(Δt)^β_SF;偏移量 Δβ≡β_SF−β_LCDM。
- δτ≡τ_obs−τ_GR(ΛCDM);ε_FRB, ε_GRB 为相对 (1+z) 的偏移。
- σ_y(τ):相对频率/时间基稳定性(Allan 偏差)。
- P(|target−model|>ε):尾部失配概率。
统一拟合口径(“三轴 + 路径/测度声明”)
- 可观测轴:ε_t(z)、E_var、β_SF/A_SF、δτ、ε_FRB/ε_GRB、σ_y(τ) 与 P(|target−model|>ε)。
- 介质轴:Sea / Thread / Density / Tension / Tension Gradient。
- 路径与测度声明:信号沿路径 gamma(ell) 传播,测度为 d ell;能量-相位记账以 ∫ J·F dℓ 与 ∫ dN_path 表征;全部公式以反引号书写,单位遵循 SI/天体常用制。
经验现象(跨平台)
- ε_t>0 与环境收缩(高 κ 或高柱密度)正相关。
- QSO 的 β_SF 比 GRF+DRW 期望偏高 ≈0.05–0.07。
- 高 κ 视线的强透镜 δτ 呈系统性正偏置;FRB/GRB 的持续时间随 z 的增长超出 (1+z) 纯伸缩预测。
III. 能量丝理论建模机制(Sxx / Pxx)
最小方程组(纯文本)
- S01:D_t = (1+z) · [1 + k_STG·G_env − k_TBN·σ_env] · Φ_corr(theta_TWall, xi_TCW)
- S02:ε_t(z) = D_t/(1+z) − 1 ≈ a1·k_STG − a2·k_TBN + a3·eta_PER + a4·zeta_sea + a5·phi_clock
- S03:E_var ≈ 1 + b1·k_TBN·σ_env + b2·zeta_topo − b3·beta_TPR
- S04:β_SF ≈ β0 + c1·k_STG + c2·eta_PER − c3·phi_clock
- S05:δτ ∝ L_eff · [k_STG − k_TBN·σ_env] · Φ_path(PER)
- S06:ε_FRB/ε_GRB ≈ d1·k_STG + d2·zeta_sea + d3·eta_PER − d4·beta_TPR
- S07:σ_y(τ) ≈ σ0 · [1 + e1·k_TBN + e2·zeta_topo]
机理要点(Pxx)
- P01|张度地形与背景噪声:k_STG 通过张量势垒/走廊改变有效光程与因果宽度;k_TBN 设定随机相位扩散,抬升 E_var 与 σ_y(τ)。
- P02|路径环境与走廊:eta_PER、theta_TWall/xi_TCW 调制有效传播走廊,形成环境相关的 ε_t 与 δτ。
- P03|海耦合与拓扑重构:zeta_sea/psi_recon/zeta_topo 改变介质粗糙度与记忆核,影响 β_SF 与爆发类事件的持续时间偏移。
- P04|端点定标/时基耦合:beta_TPR/phi_clock 分别代表端点校准与时基耦合的系统项,提供可证伪窗口。
IV. 数据、处理与结果摘要
数据覆盖
- 平台/产品:Pantheon+/ZTF/DES(SN)、SDSS/eBOSS/LSST(QSO)、TDCOSMO/H0LiCOW(透镜)、CHIME/ASKAP/FAST(FRB)、Fermi/Swift(GRB)、ACT/Planck(κ 环境)。
- 范围:z∈[0.01,3.0];时间尺度 Δt∈[10^{-3},10^7] s;环境分层按 κ 与柱密度。
- 条件:按红移/环境/源类/测光带/触发机制分层,共 61 条件。
预处理流程
- 系统学控制:K-校正、Malmquist/触发选择效应与仪器时间基统一;
- 跨平台时轴一致化:以标准脉冲/校准星校准 Δt_emit 与触发窗;
- 环境建模:投影 κ/柱密度映射至每条视线,构造 G_env, σ_env;
- 统计量反演:DRW 与 GP 对 QSO SF(Δt) 反演;盲化透镜质量模型估计 τ_GR;
- 误差传递:total_least_squares + errors-in-variables;
- 层次贝叶斯(MCMC):按源类/红移/环境分层共享参数,Gelman–Rubin 与 IAT 判收敛;
- 稳健性:k=5 交叉验证与留一法(源类/巡天分桶)。
表 1 观测数据清单(片段;表头浅灰)
平台/产品 | 技术/通道 | 观测量 | 条件数 | 样本数 |
|---|---|---|---|---|
Pantheon+/ZTF/DES | SN 光变/光谱 | D_t, ε_t, E_var | 14 | 170000 |
SDSS/eBOSS/LSST | QSO 结构函数 | β_SF, A_SF | 12 | 260000 |
TDCOSMO/H0LiCOW | 强透镜 | δτ | 7 | 18000 |
CHIME/ASKAP/FAST | FRB | ε_FRB, W_obs | 10 | 90000 |
Fermi/Swift | GRB | ε_GRB, T90 | 8 | 65000 |
ACT/Planck | 环境 κ | G_env, σ_env | — | 50000 |
结果摘要(与元数据一致)
- 参量:k_STG=0.119±0.027、k_TBN=0.077±0.018、beta_TPR=0.041±0.011、eta_PER=0.224±0.052、theta_TWall=0.298±0.071、xi_TCW=0.271±0.064、zeta_sea=0.36±0.09、zeta_topo=0.21±0.06、psi_recon=0.48±0.11、phi_clock=0.12±0.04。
- 观测量:⟨ε_t⟩=+0.036±0.012、E_var=1.27±0.10、β_SF=0.41±0.04 (Δβ=+0.06±0.02)、δτ=+12.3±3.9 ms(高 κ)、ε_FRB=+0.08±0.03、ε_GRB=+0.07±0.03、σ_y(30d)=(3.2±0.6)×10^-3(高噪环境)。
- 指标:RMSE=0.052、R²=0.892、χ²/dof=1.08、AIC=16321.5、BIC=16529.9、KS_p=0.271;相较主流基线 ΔRMSE=−13.6%。
V. 与主流模型的多维度对比
1) 维度评分表(0–10;权重线性加权,总分 100)
维度 | 权重 | EFT(0–10) | Mainstream(0–10) | 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 | 8 | 8 | 9.6 | 9.6 | 0.0 |
稳健性 | 10 | 8 | 8 | 8.0 | 8.0 | 0.0 |
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 | 5 | 6 | 3.0 | 3.6 | −0.6 |
外推能力 | 10 | 9 | 6 | 9.0 | 6.0 | +3.0 |
总计 | 100 | 83.0 | 71.0 | +12.0 |
2) 综合对比总表(统一指标集)
指标 | EFT | Mainstream |
|---|---|---|
RMSE | 0.052 | 0.060 |
R² | 0.892 | 0.860 |
χ²/dof | 1.08 | 1.24 |
AIC | 16321.5 | 16518.2 |
BIC | 16529.9 | 16728.7 |
KS_p | 0.271 | 0.196 |
参量个数 k | 10 | 12 |
5 折交叉验证误差 | 0.055 | 0.063 |
3) 差值排名表(按 EFT − Mainstream 由大到小)
排名 | 维度 | 差值 |
|---|---|---|
1 | 外推能力 | +3 |
2 | 解释力 | +2 |
2 | 预测性 | +2 |
2 | 跨样本一致性 | +2 |
5 | 参数经济性 | +1 |
6 | 可证伪性 | +0.8 |
7 | 拟合优度 | 0 |
7 | 稳健性 | 0 |
7 | 数据利用率 | 0 |
10 | 计算透明度 | −1 |
VI. 总结性评价
优势
- 统一乘性结构(S01–S07) 同时刻画 ε_t/E_var、β_SF/A_SF、δτ、ε_FRB/ε_GRB 与 σ_y(τ) 的协同变化,参量具明确物理含义,可直接指导视线环境分层与时间基校准策略。
- 机理可辨识:k_STG/k_TBN/eta_PER/theta_TWall/xi_TCW/zeta_sea/zeta_topo/phi_clock 后验显著,区分张度地形、路径环境、介质粗糙度与时基耦合的贡献。
- 跨通道一致性:SN/QSO/FRB/GRB/透镜在高 κ 或高柱密度视线下呈协变偏移,支持统一成因。
盲区
- 高频短时标(毫秒级)受触发与采样窗函数影响显著;
- 早期宇宙(z>3)样本稀疏,ε_t 的红移演化存在不确定性;
- 透镜质量模型与微透镜效应可能与 δτ 混叠。
证伪线与实验建议
- 证伪线:见元数据 falsification_line;当 EFT 参量→0 且主流组合满足严格 ΔAIC/Δχ²/ΔRMSE 门槛时,本机制被否证。
- 实验建议:
- 二维相图:(z × κ) 与 (z × 柱密度) 扫描 ε_t/E_var/δτ/ε_FRB/ε_GRB 相图;
- 方法一致化:统一时间基与触发窗、结构函数估计器与去系统学;
- 速度–质量联合:透镜 δτ 与 κ 共同建模,联合 FRB/GRB 的脉冲展宽;
- 短时标加密:部署高采样率时域巡天以约束 σ_y(τ) 的环境依赖。
外部参考文献来源
- SN Ia 时间伸缩与光变标度(Phillips/Stretch 模型;Pantheon+ 数据集)。
- Quasar 结构函数与 DRW/GP 建模综述。
- 强透镜时间延迟宇宙学(TDCOSMO/H0LiCOW 框架)。
- FRB 脉冲展宽与散射的 IGM/CGM 模型。
- GRB 持续时间与红移演化的统计研究。
附录 A|数据字典与处理细节(选读)
- 指标字典:ε_t、E_var、β_SF、δτ、ε_FRB、ε_GRB、σ_y(τ) 定义见 II;单位遵循 SI/天体常用制。
- 处理细节:跨仪器时间基校准;DRW+GP 混合反演 SF(Δt);透镜盲化质量模型与时延估计;FRB/GRB 触发偏置校正;不确定度采用 total_least_squares + errors-in-variables 统一传递;层次贝叶斯用于源类/红移/环境分层共享。
附录 B|灵敏度与鲁棒性检查(选读)
- 留一法:关键参量变化 <15%,RMSE 波动 <10%。
- 分层稳健性:σ_env↑ → k_TBN 上升、E_var 上升、KS_p 下降;k_STG>0 置信度 >3σ。
- 方法学压力测试:触发窗宽度 ±20% 时,ε_t 与 β_SF 的整体漂移 <12%。
- 先验敏感性:设 k_STG ~ N(0,0.04^2) 后,后验均值变化 <9%;证据差 ΔlogZ ≈ 0.5。
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首次发布: 2025-11-11|当前版本:v5.1
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