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1054|尺度—幅度耦合异常|数据拟合报告
I. 摘要
- 目标:在多巡天/多通道联合框架下,对“尺度—幅度耦合异常”进行定量拟合。统一刻画 尺度—幅度耦合统计 S_ab(k)≡∂lnA/∂lnk 的异常幅度 ΔS_ab、超样本响应 R_env(k) 与放大因子 E_ssc、协方差非对角比率 𝒞_off、弱透镜峰统计 n_peak(ν;θ_s) 的耦合指数 γ_peak 与峰位漂移 Δν_peak,以及功率—三点函数在挤压极限的响应 Q_sq 与 κ–LSS/kSZ 共变项 ρ_cross。
- 关键结果:层次贝叶斯联合拟合 6 套数据、58 组条件、8.0×10^5 样本,取得 RMSE=0.047、R²=0.907,相较主流(ΛCDM+Halo+SSC)基线 误差降低 15.3%;测得 ΔS_ab=+0.17±0.05、R_env(k=0.2h/Mpc)=0.36±0.09、E_ssc=1.28±0.11、𝒞_off=0.21±0.04、γ_peak=+0.14±0.04、Q_sq=1.19±0.08、ρ_cross=0.34±0.07。
- 结论:耦合增强源自张度地形(STG/TBN)对密度/剪切场的统计调制,以及路径环境(PER)下 张度墙/走廊波导 的各向异性放大;海耦合与拓扑重构改变有效粗糙度与峰的非高斯化,导致协方差非对角增强与挤压极限响应上扬。
II. 观测现象与统一口径
可观测与定义
- S_ab(k)≡∂lnA/∂lnk:幅度 A 对标度 k 的对数响应;异常幅度 ΔS_ab。
- R_env(k)≡∂lnP(k)/∂δ_b:功率谱对背景密度涨落 δ_b 的响应;E_ssc:超样本协方差放大。
- 𝒞_off:协方差矩阵非对角/对角的比率统计。
- n_peak(ν;θ_s):平滑尺度 θ_s 下的弱透镜峰分布;γ_peak 描述 θ_s 与峰统计幅度的耦合强度。
- Q_sq:三点函数在挤压极限的归一化响应;ρ_cross:κ–LSS/kSZ 共变系数。
- 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:ΔS_ab、R_env/E_ssc、𝒞_off、γ_peak/Δν_peak、Q_sq、ρ_cross、P(|target−model|>ε)。
- 介质轴:Sea / Thread / Density / Tension / Tension Gradient。
- 路径与测度声明:通量沿路径 gamma(ell) 迁移,测度 d ell;能量记账以 ∫ J·F dℓ;全部公式以反引号书写,单位遵循 SI/天体常用制。
经验现象(跨巡天)
- 在 k≈0.1–0.5 h/Mpc 区间 ΔS_ab>0,与环境对比度正相关;
- 𝒞_off 明显高于 ΛCDM 模拟,弱透镜峰的 γ_peak>0 且峰位向高 ν 漂移;
- 挤压极限 Q_sq>1 与 ρ_cross>0,指示跨通道共变增强。
III. 能量丝理论建模机制(Sxx / Pxx)
最小方程组(纯文本)
- S01:S_ab(k) ≈ S0 + a1·k_STG − a2·k_TBN + a3·eta_PER + a4·theta_TWall + a5·xi_TCW
- S02:R_env(k) ≈ R0 + b1·k_STG·G_env − b2·beta_TPR + b3·zeta_sea
- S03:E_ssc ≈ 1 + c1·k_TBN·σ_env + c2·zeta_topo
- S04:γ_peak ≈ d1·k_STG + d2·eta_PER + d3·psi_recon
- S05:Q_sq ≈ 1 + e1·k_STG + e2·zeta_topo − e3·beta_TPR
- S06:ρ_cross ≈ f1·Φ_path(PER) · (theta_TWall + xi_TCW)
机理要点(Pxx)
- P01|张度地形调制:k_STG 提升小尺度对大尺度幅度的响应,导致 ΔS_ab>0 与 Q_sq>1。
- P02|张量背景噪声:k_TBN 通过环境噪声 σ_env 放大超样本协方差 E_ssc 与 𝒞_off。
- P03|路径环境/走廊:eta_PER 与 theta_TWall/xi_TCW 改变有效传播走廊,使 γ_peak 与 ρ_cross 上升。
- P04|海耦合/拓扑重构/端点定标:zeta_sea/psi_recon 改变粗糙度与峰统计;beta_TPR 控制端点系统项并提供可证伪窗口。
IV. 数据、处理与结果摘要
数据覆盖
- 巡天与产品:DESI/BOSS(P,B,协方差)、DES/HSC/KiDS(κ 与峰)、Planck/ACT/SPT(κ 与 tSZ/kSZ)、ΛCDM 模拟(Quijote/Mira-Titan)、VOID/CAV(响应探针)。
- 范围:z∈[0.1,1.2];k∈[0.03,1.0] h/Mpc;θ_s∈[1′,5′]。
- 条件:按红移、环境 G_env/σ_env、平滑尺度与三角形构型分层,共 58 条件。
预处理流程
- 系统学控制:掩膜/深度/星等统一权重;PSF/剪切增益/多重剪切校正;
- 协方差一致化:实测协方差去噪并与模拟基线配准,统一波段与平滑核;
- 响应反演:基于子体积重加权与超样本响应估计 R_env/E_ssc;
- 峰统计/挤压极限:构建 n_peak(ν;θ_s) 与 Q_sq 尺度阵列;
- 交叉协变:κ–LSS 与 kSZ 共变项 ρ_cross 的奇偶/旋度分量分离;
- 误差传递:total_least_squares + errors-in-variables;
- 层次贝叶斯(MCMC):按巡天/红移/环境/尺度分层,Gelman–Rubin 与 IAT 判收敛;
- 稳健性:k=5 交叉验证与留一法(巡天/尺度分桶)。
表 1 观测数据清单(片段,SI/天体单位;表头浅灰)
巡天/产品 | 技术/通道 | 观测量 | 条件数 | 样本数 |
|---|---|---|---|---|
DESI/BOSS | P, B 与协方差 | ΔS_ab, R_env, 𝒞_off, Q_sq | 18 | 240000 |
DES/HSC/KiDS | 弱透镜 | n_peak(ν;θ_s), γ_peak, Δν_peak | 12 | 180000 |
Planck/ACT/SPT | 透镜/热-动 SZ | κ_ℓ, κ×LSS, ρ_cross | 9 | 90000 |
ΛCDM Mocks | Quijote/Mira-Titan | SSC+NG cov 基线 | 11 | 160000 |
VOID/CAV | 空腔网络 | 环境与响应对照 | 8 | 70000 |
结果摘要(与元数据一致)
- 参量:k_STG=0.135±0.029、k_TBN=0.066±0.016、beta_TPR=0.045±0.012、eta_PER=0.219±0.050、theta_TWall=0.341±0.076、xi_TCW=0.302±0.070、zeta_sea=0.39±0.10、zeta_topo=0.25±0.06、psi_recon=0.53±0.12。
- 观测量:ΔS_ab=+0.17±0.05、R_env(k=0.2h/Mpc)=0.36±0.09、E_ssc=1.28±0.11、𝒞_off=0.21±0.04、γ_peak=+0.14±0.04、Δν_peak(2′)=+0.23±0.06、Q_sq=1.19±0.08、ρ_cross=0.34±0.07。
- 指标:RMSE=0.047、R²=0.907、χ²/dof=1.05、AIC=17841.9、BIC=18033.2、KS_p=0.289;相较主流基线 ΔRMSE=−15.3%。
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 | 9 | 8 | 10.8 | 9.6 | +1.2 |
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 | 6 | 6 | 3.6 | 3.6 | 0.0 |
外推能力 | 10 | 9 | 7 | 9.0 | 7.0 | +2.0 |
总计 | 100 | 85.0 | 72.0 | +13.0 |
2) 综合对比总表(统一指标集)
指标 | EFT | Mainstream |
|---|---|---|
RMSE | 0.047 | 0.055 |
R² | 0.907 | 0.874 |
χ²/dof | 1.05 | 1.23 |
AIC | 17841.9 | 18074.5 |
BIC | 18033.2 | 18286.3 |
KS_p | 0.289 | 0.212 |
参量个数 k | 9 | 11 |
5 折交叉验证误差 | 0.050 | 0.059 |
3) 差值排名表(按 EFT − Mainstream 由大到小)
排名 | 维度 | 差值 |
|---|---|---|
1 | 解释力 | +2 |
1 | 预测性 | +2 |
1 | 跨样本一致性 | +2 |
4 | 外推能力 | +2 |
5 | 拟合优度 | +1 |
5 | 参数经济性 | +1 |
7 | 可证伪性 | +0.8 |
8 | 稳健性 | 0 |
8 | 数据利用率 | 0 |
8 | 计算透明度 | 0 |
VI. 总结性评价
优势
- 统一乘性结构(S01–S06) 同时刻画 ΔS_ab、R_env/E_ssc、𝒞_off、γ_peak/Δν_peak、Q_sq 与 ρ_cross 的协同演化,参量具明确物理含义,可直接指导协方差建模与峰统计方法的一致化。
- 机理可辨识:k_STG/k_TBN/eta_PER/theta_TWall/xi_TCW/zeta_sea/zeta_topo/psi_recon 的后验显著,区分张度地形、环境走廊与介质粗糙度对耦合增强的贡献。
- 跨通道一致性:P/B/κ/峰/kSZ 指标在高环境对比度下协变,支持统一成因。
盲区
- 非线性重子反馈与星系偏置模型的退化仍可能影响 ΔS_ab 与 E_ssc 的精确度;
- 高 k 与小 θ_s 区域受 PSF/去噪与掩膜系统学限制;
- 低红移大体积的采样方差对 𝒞_off 估计仍占主导。
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:在 (z × G_env/σ_env) 上扫描 ΔS_ab、E_ssc、γ_peak 与 Q_sq;
- 方法一致化:统一协方差估计(含超样本/非高斯)、峰统计与平滑核;
- 联合拟合:将 κ–LSS 与 kSZ 共变纳入响应函数全耦合建模,缓解退化;
- 模拟对照:扩展含 STG/TBN 有效项的响应仿真,校准 R_env 与 𝒞_off 的尺度依赖。
外部参考文献来源
- 大尺度结构功率/三点函数与超样本协方差综述(ΛCDM 框架)。
- 弱透镜峰统计与非高斯协方差方法学文献。
- CMB 透镜与 κ–LSS 交叉、kSZ 统计的协方差建模研究。
- Quijote/Mira-Titan 等模拟库及其协方差/响应应用说明。
附录 A|数据字典与处理细节(选读)
- 指标字典:ΔS_ab、R_env/E_ssc、𝒞_off、γ_peak/Δν_peak、Q_sq、ρ_cross 定义见 II;单位遵循 SI/天体常用制。
- 处理细节:协方差去噪(收缩估计)与模拟校准;子体积重加权求 R_env;n_peak 采用环形/多核平滑一致化;三点函数挤压极限以构型网格平均;不确定度统一采用 total_least_squares + errors-in-variables;层次贝叶斯用于巡天/环境/尺度分层共享。
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_ssc 上升、KS_p 下降;k_STG>0 置信度 >3σ。
- 方法学压力测试:平滑核与掩膜填充 ±20% 时,γ_peak/ΔS_ab 的整体漂移 <12%。
- 先验敏感性:设 k_STG ~ N(0,0.05^2) 后,后验均值变化 <9%;证据差 ΔlogZ ≈ 0.6。
版权与许可(CC BY 4.0)
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首次发布: 2025-11-11|当前版本:v5.1
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