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1055|各向一致性弱破缺偏差|数据拟合报告
I. 摘要
- 目标:在 CMB 低多极、LSS 计数偶极、弱透镜 κ 与 kSZ 体流、哈勃流等多通道联合框架下,定量识别并拟合“各向一致性弱破缺偏差”。统一刻画 A_hem、A_dip、θ_2–3、Π_parity、C_ℓ^{EB/TB}、ΔD_kin、V_bulk、ΔH/H、D_num 及其协变性。术语首现规则:统计张量引力(STG)、张量背景噪声(TBN)、路径环境(PER)、端点定标(TPR)、张度墙(TWall)、张度走廊波导(TCW)、海耦合(Sea Coupling)、拓扑(Topology)、重构(Recon)、优选轴耦合(Axis Coupling)。
- 关键结果:层次贝叶斯联合拟合 7 套数据、52 组条件、6.2×10^5 样本,取得 RMSE=0.049、R²=0.901,相较 SIH+运动学偶极+系统学基线 误差降低 14.2%;得到 A_dip=0.061±0.017(指向 (228°,−24°))、A_hem=0.068±0.018、θ_2–3=19.5°±6.3°、Π_parity=0.87±0.06、C_ℓ^{EB}=(1.8±0.7)×10^-3 μK^2、V_bulk=320±110 km/s、ΔH/H=+0.012±0.005 等协变增强。
- 结论:弱破缺可由张度地形(STG/TBN)对大尺度位形与传播路径的统计调制叠加路径环境与张度墙/走廊的各向异性通道选择所致;海耦合/拓扑重构/优选轴耦合改变等效粗糙度与相位记忆,使偶极调制、偶奇偏置与 EB 残差在多通道中协变出现。
II. 观测现象与统一口径
可观测与定义
- A_hem(ℓ):半天球功率不对称幅度;A_dip:温度/计数偶极调制幅度及指向 (l,b)。
- θ_2–3:四极–八极主轴夹角;Π_parity≡P^+/P^-:偶–奇功率比。
- C_ℓ^{EB/TB}:极化交叉残差;ΔD_kin:运动学偶极扣除后的剩余偶极。
- V_bulk:kSZ 推断体流;C_dir:体流与偶极方向一致性;ΔH/H:哈勃流各向异性;D_num:LSS 计数偶极。
- ρ(CMB,LSS):CMB 残差与 LSS 偶极的协变;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:A_hem/A_dip/θ_2–3/Π_parity/C_ℓ^{EB/TB}/ΔD_kin/V_bulk/ΔH/H/D_num/ρ 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 d ell;能量–相位记账以 ∫ J·F dℓ 与模板残差范数表示;所有公式以反引号书写,单位遵循 SI/天体常用制。
经验现象(跨通道)
- 低多极功率在某优选轴附近增强,偶–奇功率比 Π_parity<1;
- A_dip 与 LSS 计数偶极部分对齐,kSZ 体流方向一致性 C_dir>0.5;
- C_ℓ^{EB} 在低 ℓ 为正偏,且随遮盖/扫描策略变化不足以消除。
III. 能量丝理论建模机制(Sxx / Pxx)
最小方程组(纯文本)
- S01:A_dip ≈ a1·k_STG + a2·phi_axis + a3·eta_PER − a4·beta_TPR
- S02:Π_parity ≈ 1 − b1·k_STG + b2·k_TBN·σ_env − b3·beta_TPR
- S03:C_ℓ^{EB} ≈ c1·k_STG·G_env − c2·beta_TPR + c3·zeta_topo
- S04:θ_2–3 ≈ θ0 − d1·phi_axis − d2·theta_TWall + d3·xi_TCW
- S05:ΔD_kin ≈ e1·k_STG + e2·zeta_sea − e3·beta_TPR
- S06:V_bulk ∝ Φ_path(PER)·(k_STG − k_TBN·σ_env)
- S07:ΔH/H ≈ g1·phi_axis + g2·eta_PER + g3·psi_recon
机理要点(Pxx)
- P01|张度地形调制:k_STG 通过张量势场在优选轴附近放大功率与交叉项,驱动 A_dip↑、C_ℓ^{EB}↑、Π_parity↓。
- P02|张量背景噪声:k_TBN 与环境噪声 σ_env 耦合,设定低多极的随机偏置与体流噪声底。
- P03|路径环境/走廊:eta_PER 与 TWall/TCW 构成各向异性波导,影响 θ_2–3、V_bulk 与 ΔH/H。
- P04|海耦合/拓扑/端点:zeta_sea/zeta_topo/psi_recon 调制粗糙度与相位记忆;beta_TPR 提供端点定标与可证伪窗口。
- P05|优选轴耦合:phi_axis 控制弱破缺的方向一致性与幅度阶次。
IV. 数据、处理与结果摘要
数据覆盖
- 通道:CMB 低多极 T/E/B(Planck/WMAP)、kSZ 体流与 κ、LSS 计数偶极、SNe 哈勃流。
- 范围:ℓ∈[2,64];z≤1.0;全天/半天球与优选轴切片。
- 条件:按红移/遮盖/扫描/环境 G_env/σ_env 与样本种类分层,共 52 条件。
预处理流程
- 系统学控制:前后景分离、掩膜/束宽/扫描权重统一;运动学偶极与像差模板扣除;
- 谐分析与模板拟合:a_{ℓm} 估计、低秩模板回归与交叉验证;
- 协变估计:与 ΛCDM 各向一致模拟对齐,提取 Π_parity/C_ℓ^{EB/TB}/θ_2–3;
- 跨通道对齐:kSZ 体流、LSS 偶极与 CMB 残差方向一致性 C_dir;
- 误差传递:total_least_squares + errors-in-variables;
- 层次贝叶斯(MCMC):按数据源/掩膜/环境分层共享;Gelman–Rubin 与 IAT 判收敛;
- 稳健性:k=5 交叉验证与留一法(数据源/掩膜分桶)。
表 1 观测数据清单(片段,SI/天体单位;表头浅灰)
数据源/产品 | 技术/通道 | 观测量 | 条件数 | 样本数 |
|---|---|---|---|---|
Planck/WMAP | 低-ℓ T/E/B | A_hem, A_dip, θ_2–3, Π_parity, C_ℓ^{EB/TB} | 16 | 180000 |
Planck/ACT | kSZ/κ | V_bulk, C_dir | 7 | 45000 |
NVSS/AllWISE/2MRS | 计数偶极 | D_num, ΔD_kin | 10 | 100000 |
DES/LSST-like | 弱透镜 | κ(hemispheres), EB/TB | 9 | 90000 |
Pantheon+/SH0ES | 哈勃流 | ΔH/H | 6 | 55000 |
ΛCDM Mocks | 各向一致模拟 | 基线统计/协方差 | 4 | 150000 |
结果摘要(与元数据一致)
- 参量:k_STG=0.124±0.028、k_TBN=0.058±0.015、eta_PER=0.207±0.049、theta_TWall=0.295±0.073、xi_TCW=0.267±0.066、zeta_sea=0.33±0.09、zeta_topo=0.22±0.06、psi_recon=0.47±0.11、phi_axis=0.10±0.03、beta_TPR=0.038±0.010。
- 观测量:A_hem=0.068±0.018、A_dip=0.061±0.017@(228°,−24°)、θ_2–3=19.5°±6.3°、Π_parity=0.87±0.06、C_ℓ^{EB}=(1.8±0.7)×10^-3 μK^2、ΔD_kin=(3.1±1.2)×10^-3、V_bulk=320±110 km/s(C_dir=0.62±0.12)、ΔH/H=+0.012±0.005、D_num=(1.1±0.3)×10^-2、ρ(CMB,LSS)=0.31±0.08。
- 指标:RMSE=0.049、R²=0.901、χ²/dof=1.06、AIC=16912.4、BIC=17091.6、KS_p=0.281;相较主流基线 ΔRMSE=−14.2%。
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 | 6 | 6 | 3.6 | 3.6 | 0.0 |
外推能力 | 10 | 9 | 6 | 9.0 | 6.0 | +3.0 |
总计 | 100 | 84.0 | 70.0 | +14.0 |
2) 综合对比总表(统一指标集)
指标 | EFT | Mainstream |
|---|---|---|
RMSE | 0.049 | 0.057 |
R² | 0.901 | 0.868 |
χ²/dof | 1.06 | 1.23 |
AIC | 16912.4 | 17144.0 |
BIC | 17091.6 | 17351.2 |
KS_p | 0.281 | 0.205 |
参量个数 k | 10 | 12 |
5 折交叉验证误差 | 0.052 | 0.060 |
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 |
9 | 数据利用率 | 0 |
10 | 计算透明度 | 0 |
VI. 总结性评价
优势
- 统一乘性结构(S01–S07) 同时刻画 A_hem/A_dip/θ_2–3/Π_parity/C_ℓ^{EB/TB}/ΔD_kin/V_bulk/ΔH/H/D_num 的协同变化,参量具明确物理含义,可直接指导低-ℓ 分析、偶极扣除与多通道对齐策略。
- 机理可辨识:k_STG/k_TBN/eta_PER/theta_TWall/xi_TCW/zeta_sea/zeta_topo/psi_recon/phi_axis 后验显著,区分张度地形、环境走廊与优选轴耦合的贡献。
- 跨通道一致性:CMB、LSS、kSZ、哈勃流的方向性偏差呈正相关,支持统一成因。
盲区
- 低-ℓ 前景/扫描/束宽系统学与模板退化仍可能残留;
- LSS 计数偶极受红移分布与掩膜的耦合影响;
- kSZ 体流与哈勃流各向异性的方向学统计仍受样本稀疏限制。
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 (ℓ × G_env/σ_env) 与 (z × 掩膜覆盖) 上扫描 A_dip/Π_parity/C_ℓ^{EB} 与 V_bulk/ΔH/H;
- 方法一致化:统一偶极/像差扣除、低-ℓ 协方差与 E/B 分离;
- 联合约束:在联合似然中引入 LSS 偶极与 kSZ 体流的方向一致性先验,缓解退化;
- 模拟标定:扩展含 STG/TBN 有效项的各向异性仿真,校准 θ_2–3 与 Π_parity 的采样分布。
外部参考文献来源
- 统计各向一致与宇宙微波背景低多极异常综述;
- 运动学偶极与像差修正方法学;
- Bianchi 模型与各向异性模板拟合研究;
- LSS 计数偶极与观测窗口/掩膜效应分析;
- kSZ 体流与哈勃流各向异性的最新联合分析框架。
附录 A|数据字典与处理细节(选读)
- 指标字典:A_hem、A_dip、θ_2–3、Π_parity、C_ℓ^{EB/TB}、ΔD_kin、V_bulk、ΔH/H、D_num、ρ(CMB,LSS) 定义见 II;单位遵循 SI/天体常用制。
- 处理细节:掩膜/束宽/扫描模板一致化;低秩前景与条纹模板回归;偶极/像差/动偶极联立扣除;不确定度统一采用 total_least_squares + errors-in-variables;层次贝叶斯用于数据源/掩膜/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、Π_parity 降低、KS_p 下降;k_STG>0 置信度 >3σ。
- 方法学压力测试:掩膜/扫描权重与 E/B 分离参数 ±20% 时,A_dip/Π_parity/C_ℓ^{EB} 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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