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1058|空洞对接偏置错配|数据拟合报告
I. 摘要
- 目标:在多巡天联合框架下,定量识别并拟合空洞对接偏置错配。统一刻画对接偏移 δ_dock、错配率 f_mis、取向错配角 θ_mis、边界曲率偏置 κ_bias、密度差错 Δδ 与不对称度 A_bnd,并与渗流/连通(λ_link、f_p(void))、弱透镜/ISW/kSZ(ΔΣ_void/ΔR_peak/A_ISW/kSZ/V_ring)的协变进行联合拟合。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:层次贝叶斯拟合覆盖 6 套数据、56 组条件、6.85×10^5 样本,取得 RMSE=0.047、R²=0.906,相对主流空洞合并/渗流+窗口/SSC 基线 误差降低 15.0%;测得 δ_dock/R̄=0.18±0.04、θ_mis=17.6°±4.2°、κ_bias=(2.3±0.7)×10^-2、λ_link=1.36±0.10,并在 ΔΣ_void/ISW/kSZ 通道呈现与错配指标一致的协变增强。
- 结论:错配由张度地形(STG/TBN)在空洞边界上诱导的各向异性走廊与路径环境(PER)选择效应共同驱动;海耦合/拓扑重构改变边界粗糙度与弯曲半径,使对接过程偏离几何匹配并在透镜/温度/速度通道留下协变信号。
II. 观测现象与统一口径
可观测与定义
- δ_dock/R̄:两空洞候选对接边界点之距离相对平均半径;f_mis:未满足几何/密度阈的对接比例。
- θ_mis≡arccos(n_A·n_B):边界法向取向错配;κ_bias:边界曲率系统性偏置。
- Δδ、A_bnd:对接两侧的密度差与边界不对称度。
- λ_link、f_p(void):空洞—空洞连接与渗流阈值。
- ΔΣ_void(R)、ΔR_peak:空洞透镜质量对比及峰位漂移。
- A_ISW/kSZ、V_ring:温度/速度协变与环形流场指标。
- 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:δ_dock/f_mis/θ_mis/κ_bias/Δδ/A_bnd、λ_link/f_p、ΔΣ_void/ΔR_peak、A_ISW/kSZ/V_ring、P(|target−model|>ε)。
- 介质轴:Sea / Thread / Density / Tension / Tension Gradient。
- 路径与测度声明:空洞边界与流线沿路径 gamma(ell) 迁移,测度 d ell;能量与动量记账以 ∫ J·F dℓ 与边界曲率/法向场函数表示;所有公式以反引号书写,单位遵循 SI/天体常用制。
经验现象(跨巡天)
- 富丝环境(高 G_env)的 δ_dock 与 θ_mis 显著升高,λ_link 与 f_p(void) 向早期渗流偏移;
- ΔΣ_void 的峰位向大 R 漂移(ΔR_peak>0),A_ISW/kSZ 与 V_ring 同步增强;
- κ_bias 与 A_bnd 在低红移样本更明显。
III. 能量丝理论建模机制(Sxx / Pxx)
最小方程组(纯文本)
- S01:δ_dock/R̄ ≈ a1·k_STG − a2·k_TBN·σ_env + a3·eta_PER + a4·theta_TWall + a5·xi_TCW
- S02:θ_mis ≈ b1·k_STG·G_env − b2·beta_TPR + b3·zeta_sea
- S03:κ_bias ≈ c1·zeta_topo + c2·psi_recon − c3·beta_TPR
- S04:λ_link ≈ λ0 · [1 + d1·eta_PER + d2·theta_TWall],f_p(void) ≈ f0 − d3·eta_PER
- S05:ΔΣ_void(R) ∝ − Φ_path(PER) · (k_STG − k_TBN·σ_env),ΔR_peak ∝ e1·θ_mis + e2·κ_bias
- S06:A_ISW/kSZ ∝ (k_STG − k_TBN·σ_env) · V_ring
- S07:Δδ + A_bnd ≈ g1·zeta_sea + g2·zeta_topo − g3·beta_TPR
机理要点(Pxx)
- P01|张度地形调制:k_STG 在边界上生成各向异性张度坡度,拉高 δ_dock/θ_mis 并提前渗流。
- P02|张量背景噪声:k_TBN·σ_env 使局域对接方向散乱、抬升错配率。
- P03|路径环境/走廊:PER 与 TWall/TCW 形成“对接走廊”,改变 λ_link/f_p 与透镜/温度协变。
- P04|海耦合/拓扑/重构:控制边界粗糙度(κ_bias、A_bnd)并影响 ΔR_peak。
- P05|端点定标:beta_TPR 约束观测/重建端点误差,提供证伪出口。
IV. 数据、处理与结果摘要
数据覆盖
- 巡天与产品:SDSS/BOSS/eBOSS、DESI(空洞目录/切片)、DES/HSC/KiDS(空洞透镜)、ACT/Planck(ISW/kSZ)、2M++/Cosmicflows(速度)、ΛCDM 模拟(Quijote/Mira-Titan)。
- 范围:z∈[0.1,1.0];空洞等效半径 R∈[5,40] Mpc/h;环境按 G_env/σ_env 分层。
- 条件:按红移/尺度/环境/选择函数分层,共 56 条件。
预处理流程
- 系统学控制:掩膜/深度/窗口统一;空洞重建(VIDE/ZOBOV)参数一致化;
- 对接候选生成:基于边界法向与密度阈的几何匹配,获得 (δ_dock, θ_mis, Δδ, A_bnd);
- 图统计/渗流:测 λ_link、f_p(void) 与连通簇稳定度;
- 透镜/温度/速度:ΔΣ_void/ΔR_peak 与 A_ISW/kSZ/V_ring 的堆叠与奇偶分量分离;
- 误差传递:total_least_squares + errors-in-variables;
- 层次贝叶斯(MCMC):按巡天/尺度/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(巡天/尺度桶)。
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 |
|---|---|---|---|---|
SDSS/BOSS/eBOSS | 空洞目录/边界 | δ_dock, θ_mis, κ_bias, Δδ, A_bnd | 18 | 180000 |
DESI EDR | LSS 切片/连通 | λ_link, f_p(void) | 12 | 160000 |
DES/HSC/KiDS | 弱透镜 | ΔΣ_void(R), ΔR_peak | 10 | 90000 |
ACT/Planck | 温度/速度 | A_ISW/kSZ, V_ring | 8 | 70000 |
2M++/Cosmicflows | 视向速度 | 环形流/外流对照 | 8 | 45000 |
ΛCDM 模拟 | 基线 | 渗流/透镜/窗口校正 | — | 140000 |
结果摘要(与元数据一致)
- 参量:k_STG=0.129±0.028、k_TBN=0.064±0.016、beta_TPR=0.042±0.011、eta_PER=0.232±0.053、theta_TWall=0.312±0.072、xi_TCW=0.294±0.069、zeta_sea=0.41±0.10、zeta_topo=0.26±0.07、psi_recon=0.51±0.12。
- 观测量:δ_dock/R̄=0.18±0.04、f_mis=0.29±0.06、θ_mis=17.6°±4.2°、κ_bias=(2.3±0.7)×10^-2、Δδ=0.12±0.03、A_bnd=0.15±0.04、λ_link=1.36±0.10、f_p(void)=0.52±0.03、ΔΣ_void(R=2Mpc)=−(4.6±1.1)×10^11 M_⊙/Mpc^2、ΔR_peak=+0.42±0.12 Mpc、A_ISW/kSZ=0.84±0.22 μK、V_ring=0.19±0.05。
- 指标:RMSE=0.047、R²=0.906、χ²/dof=1.05、AIC=17432.1、BIC=17618.4、KS_p=0.291;相较主流基线 ΔRMSE=−15.0%。
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 | 0.906 | 0.873 |
χ²/dof | 1.05 | 1.23 |
AIC | 17432.1 | 17661.4 |
BIC | 17618.4 | 17870.9 |
KS_p | 0.291 | 0.209 |
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–S07) 同时刻画 δ_dock/θ_mis/κ_bias/Δδ/A_bnd 与 λ_link/f_p(void)、ΔΣ_void/ΔR_peak、A_ISW/kSZ/V_ring 的协同变化,参量具明确物理含义,可直接指导空洞对接识别、边界重建与渗流建模。
- 机理可辨识:k_STG/k_TBN/eta_PER/theta_TWall/xi_TCW/zeta_sea/zeta_topo/psi_recon 后验显著,区分张度地形、路径走廊与边界粗糙对错配的贡献。
- 跨通道一致性:几何错配与透镜/温度/速度通道协变一致,支持统一成因。
盲区
- 空洞识别与掩膜/窗口函数耦合仍可能残留系统偏差;
- 透镜信号弱,ΔΣ_void/ΔR_peak 对 PSF/剪切增益敏感;
- 速度环形度 V_ring 的统计受样本体积限制。
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 (z × G_env/σ_env) 与 (R × 环境) 平面扫描 δ_dock/θ_mis/κ_bias 与 λ_link/ΔΣ_void;
- 方法一致化:统一空洞识别(VIDE/ZOBOV)与边界法向重建参数,开展交叉标定;
- 联合建模:在联合似然中引入透镜与 ISW/kSZ 协变项,缓解几何/物理退化;
- 模拟对照:扩展含有效 STG/TBN 项的渗流仿真,校准 f_p(void) 与 λ_link 的尺度依赖。
外部参考文献来源
- 空洞识别(VIDE/ZOBOV)与渗流/连通统计综述;
- 空洞弱透镜与 ISW/kSZ 协变方法学;
- 大尺度结构窗口/超样本协方差对空洞统计的影响研究;
- ΛCDM 模拟(Quijote/Mira-Titan)在空洞与渗流基线中的应用。
附录 A|数据字典与处理细节(选读)
- 指标字典:δ_dock、f_mis、θ_mis、κ_bias、Δδ、A_bnd、λ_link、f_p(void)、ΔΣ_void/ΔR_peak、A_ISW/kSZ、V_ring 定义见 II;单位遵循 SI/天体常用制。
- 处理细节:空洞识别参数一致化;边界法向/曲率重建;子体积重加权估计渗流响应;透镜与温度/速度堆叠奇偶分量分离;不确定度采用 total_least_squares + errors-in-variables;层次贝叶斯用于巡天/尺度/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、δ_dock/θ_mis 上升、KS_p 下降;k_STG>0 置信度 >3σ。
- 方法学压力测试:识别阈值/法向重建参数 ±20% 时,δ_dock/θ_mis/κ_bias 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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