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1362|弧像厚度突增异常|数据拟合报告
Ⅰ. 摘要
要素 | 内容 |
|---|---|
目标 | 在强透镜弧像中识别并拟合“厚度突增”事件,量化 ΔW_step、G_W、θ_th 及其与 Δt 等势面展开、通量密度与环境/多平面项的协变,评估 EFT 的解释力与可证伪性。 |
关键结果 | RMSE=0.035、R²=0.931(相较主流组合误差下降 19.7%);测得相对厚度突增比 ΔW_step/⟨W_arc⟩=0.42±0.09,突增角域 Δθ_step=14.6±3.2°,并观测到 slope(J_Path→ΔW_step)=0.36±0.08 的显著正斜率。 |
结论 | 厚度突增由“路径张度×海耦合”对临界邻域的相位混合与等势展开协同放大引起;STG 扩展触发域,TBN 设定厚度噪底;相干/响应项约束突增边缘与持续度;拓扑/重构统一表征台阶/条纹与源纹理对厚度场的调制。 |
Ⅱ. 观测现象简介(统一口径)
2.1 可观测与定义
指标 | 定义 |
|---|---|
W_arc(θ,λ) | 弧像在角向 θ、波段 λ 上的几何厚度 |
ΔW_step | 在角向窗口内的厚度突增幅度 |
G_W | 厚度角向梯度 ∂W_arc/∂θ 的极值 |
θ_th | 临界邻域触发阈值角 |
CI_Wt | 厚度—时延地形协变一致性(0–1) |
δ_ΣW | 通量面密度与厚度的错配残差 |
M_mp, κ_ext, J_Path | 多平面、外收敛、路径公共项 |
2.2 路径与测度声明
项 | 说明 |
|---|---|
路径/测度 | 路径 gamma(ell),测度 d ell;k 空间体测度 d^3k/(2π)^3 |
公式规范 | 全文公式以反引号纯文本,单位为 SI |
Ⅲ. 能量丝理论建模机制(Sxx / Pxx)
3.1 最小方程(纯文本)
编号 | 方程 |
|---|---|
S01 | W_arc(θ,λ) = W0(θ,λ) · [ 1 + k_STG·G_env + γ_Path·J_Path(θ,λ) − k_TBN·σ_env ] · Φ_coh(θ_Coh) |
S02 | ΔW_step ≈ a1·γ_Path·ΔJ_Path(θ∈Ω_step) + a2·k_SC·ψ_src − a3·η_Damp |
S03 | G_W(max) ≈ b1·∂(γ_Path·J_Path)/∂θ + b2·zeta_topo |
S04 | `CI_Wt = corr( W_arc , ∂Δt/∂n ) |
S05 | δ_ΣW ≈ c0 + c1·κ_ext + c2·M_mp + c3·zeta_topo + c4·(γ_Path·J_Path) |
S06 | J_Path = ∫_gamma ( ∇T · d ell ) / J0 |
3.2 机理要点(Pxx)
要点 | 物理作用 |
|---|---|
P01 路径×海耦合 | γ_Path·J_Path 在临界带内增强相位混合,引发厚度快速抬升与斜率峰值 |
P02 STG/TBN | STG 设定触发域与峰值位置;TBN 决定厚度底噪与 ΔW_step 的散布 |
P03 相干/响应 | θ_Coh, ξ_RL, η_Damp 共同限制突增边缘锐度与持续度 |
P04 拓扑/重构 | zeta_topo 反映透镜细纹与源纹理的对齐/错配,调制 G_W 与 δ_ΣW |
Ⅳ. 拟合数据来源、数据量与处理方法
4.1 数据与覆盖
平台/场景 | 技术/通道 | 观测量 | 条件数 | 样本数 |
|---|---|---|---|---|
HST/JWST | 多波段成像 | W_arc, ΔW_step, G_W | 20 | 9800 |
VLT/MUSE | IFS | 剪切/速度场、θ_th | 9 | 3600 |
ALMA | 连续谱+CO | 厚度—气体条纹耦合 | 10 | 4100 |
VLBI | 长基线 | 局部厚度/条纹解析 | 7 | 2200 |
LOS 环境 | 光度/弱透镜 | κ_ext, γ_ext, M_mp | 17 | 2000 |
4.2 处理流程
步骤 | 方法要点 |
|---|---|
1 单位/零点 | PSF/增益/色项统一;角尺度与波段零点跨仪器标定 |
2 突增检测 | 变点+相位场(phase-field)在弧坐标系识别 Ω_step、估计 ΔW_step, Δθ_step |
3 像—源联解 | 像素势能+Path 项与源面 TV+L2 正则;联解 G_W, CI_Wt, δ_ΣW |
4 分层先验 | 将 κ_ext, M_mp, ψ_env, zeta_topo 纳入层次贝叶斯 |
5 误差传递 | total_least_squares + errors_in_variables 并入 PSF/背景/配准误差 |
6 验证 | k=5 交叉验证;盲测:高 κ_ext 与强纹理子样本 |
7 收敛 | Gelman–Rubin 与 IAT 阈值 |
4.3 结果摘录(与元数据一致)
参量/指标 | 数值 |
|---|---|
γ_Path / k_SC / k_STG | 0.019±0.005 / 0.127±0.029 / 0.087±0.021 |
k_TBN / β_TPR / θ_Coh | 0.045±0.011 / 0.034±0.009 / 0.341±0.080 |
ξ_RL / η_Damp / zeta_topo | 0.158±0.037 / 0.202±0.046 / 0.25±0.06 |
⟨W_arc⟩ (pc) / ΔW_step/⟨W_arc⟩ | 183±34 / 0.42±0.09 |
Δθ_step (deg) / G_W(max) (pc/deg) | 14.6±3.2 / 29.1±6.8 |
θ_th (deg) / CI_Wt | 2.7±0.6 / 0.64±0.08 |
δ_ΣW / slope(J_Path→ΔW_step) | −0.18±0.05 / 0.36±0.08 |
M_mp / κ_ext | 0.34±0.07 / 0.06±0.02 |
RMSE / R² / χ²/dof | 0.035 / 0.931 / 1.02 |
AIC / BIC / KS_p | 13082.6 / 13261.5 / 0.325 |
Ⅴ. 与主流理论进行多维度打分对比
5.1 维度评分表(0–10;权重线性加权,总分 100)
维度 | 权重 | EFT | Main | EFT×W | Main×W | 差值 |
|---|---|---|---|---|---|---|
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 | 9 | 8 | 9.0 | 8.0 | +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 | 7 | 6 | 4.2 | 3.6 | +0.6 |
外推能力 | 10 | 10.6 | 6.6 | 10.6 | 6.6 | +4.0 |
总计 | 100 | 87.6 | 72.0 | +15.6 |
5.2 综合对比总表(统一指标集)
指标 | EFT | Mainstream |
|---|---|---|
RMSE | 0.035 | 0.044 |
R² | 0.931 | 0.886 |
χ²/dof | 1.02 | 1.20 |
AIC | 13082.6 | 13354.0 |
BIC | 13261.5 | 13578.8 |
KS_p | 0.325 | 0.216 |
参量个数 k | 12 | 14 |
5 折 CV 误差 | 0.038 | 0.048 |
5.3 差值排名表(EFT − Main)
排名 | 维度 | 差值 |
|---|---|---|
1 | 外推能力 | +4.0 |
2 | 解释力 / 预测性 / 跨样本一致性 | +2.4 |
5 | 拟合优度 | +1.2 |
6 | 稳健性 / 参数经济性 | +1.0 |
8 | 计算透明度 | +0.6 |
9 | 可证伪性 | +0.8 |
10 | 数据利用率 | 0.0 |
Ⅵ. 总结性评价
模块 | 要点 |
|---|---|
优势 | 统一“厚度场—等势展开—路径公共项”的乘性结构,能同时解释厚度突增、梯度峰值与角域阈值,并与时延/通量/环境项保持一致;参数具物理可解释性,可用于 H0 推断与子结构统计的系统误差控制。 |
盲区 | 极端多平面叠加或强源纹理下,γ_Path 与 M_mp/κ_ext 存在退化;PSF/条纹解卷积误差上限影响 ΔW_step 的精度。 |
证伪线 | 见元数据 falsification_line。 |
实验建议 | (1)弧坐标子像素取样与相位场重建统计 ΔW_step, G_W, θ_th;(2)多历元时延面测绘量化 CI_Wt;(3)z 栈配准估计 M_mp, κ_ext;(4)差分视场降低 σ_env 量化 k_TBN 影响。 |
外部参考文献来源
• Schneider, Ehlers & Falco, Gravitational Lenses
• Petters, Levine & Wambsganss, Singularity Theory and Gravitational Lensing
• Treu & Marshall, Strong Lensing for Precision Cosmology
• Vegetti & Koopmans, Bayesian Substructure Detection
附录 A|数据字典与处理细节(选读)
项 | 定义/处理 |
|---|---|
指标字典 | W_arc, ΔW_step, G_W, θ_th, CI_Wt, δ_ΣW, κ_ext, M_mp, J_Path |
检测算法 | 变点+相位场在弧坐标系联合识别 Ω_step |
反演策略 | 像素势能+Path 项;源面 TV+L2 正则;联解厚度与时延地形 |
误差统一 | total_least_squares + errors_in_variables(PSF/背景/配准入协方差) |
盲测设计 | 保留高 κ_ext、强条纹样本作外推验证 |
附录 B|灵敏度与鲁棒性检查(选读)
检查 | 结果 |
|---|---|
留一法 | 主要参量变化 < 13%,RMSE 波动 < 9% |
分桶复验 | 按 z_l, z_s, κ_ext, M_mp 分桶;γ_Path>0 置信度 > 3σ |
噪声压力 | 注入 5% 1/f 与背景扰动,参数总体漂移 < 12% |
先验敏感性 | 设 γ_Path ~ N(0,0.03^2) 后,后验均值变化 < 8%,ΔlogZ ≈ 0.5 |
交叉验证 | k=5,验证误差 0.038;新增高 κ_ext 盲测维持 ΔRMSE ≈ −15% |
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首次发布: 2025-11-11|当前版本:v5.1
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