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1364|透镜平面湍动项增强|数据拟合报告
Ⅰ. 摘要
要素 | 内容 |
|---|---|
目标 | 在强透镜弧像/像位/时延多平台联合下,量化透镜平面“湍动项增强”的谱形与尺度(A_turb、β、ℓ_c),并检验其与公共路径项 J_Path、相干窗 θ_Coh、阻尼/响应项对观测的协同影响。 |
关键结果 | RMSE=0.033、R²=0.934(较主流组合误差下降 18.8%);得到 β_turb=2.68±0.18、ℓ_c=0.91±0.19 kpc、σ_ast=12.4±2.7 μas、R_hf=1.31±0.22,且 slope(J_Path→δ_FR)=-0.28±0.07 为显著负斜率。 |
结论 | 湍动项增强由“路径张度×海耦合”对临界带的相位混合与等势微结构协同驱动;STG 决定谱段位置和能量注入,TBN 设定高频噪底;相干/响应项限制湍动相关长度与像位抖动上限。 |
Ⅱ. 观测现象简介(统一口径)
2.1 可观测与定义
指标 | 定义 |
|---|---|
P_turb(k) | 像面/势面湍动功率谱 |
β / A_turb | 谱指数/归一化 |
ℓ_c | 湍动相关长度 |
σ_ast | 像位抖动(μas) |
R_hf | 时延地形高频残差比 |
φ_drift | 通量比异常色/频漂移相位 |
θ_Coh | 相干窗参数 |
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 | 公式为反引号纯文本,SI 单位;像面/源面口径统一 |
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 | P_turb(k) = A_turb · k^{−β_turb} · Φ_coh(θ_Coh) · RL(ξ; xi_RL) |
S02 | `σ_ast^2 ≈ ∫ P_turb(k) · |
S03 | `R_hf ≈ ⟨ |
S04 | δ_FR(λ) ≈ c0 + c1·(γ_Path·J_Path) + c2·k_STG·G_env + c3·κ_ext + c4·M_mp |
S05 | γ_Path(λ) = γ_0 · (λ/λ0)^{−η} |
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 向高 k 注入有效功率,提升 σ_ast 与 R_hf |
P02 STG/TBN | STG 设定谱段与注入窗口;TBN 决定高频噪底 |
P03 相干/响应 | θ_Coh, ξ_RL, η_Damp 限制有效相关长度与抖动上限 |
P04 端点定标 | β_TPR 保证跨仪器零点一致,抑制伪湍动项 |
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 | 多波段弧像 | 厚度/条纹、像位抖动衍生量 | 20 | 9800 |
VLT/MUSE | IFS | 剪切、速度场与谱线宽 | 9 | 3600 |
ALMA | 连续谱+CO | 条纹功率谱与漂移相位 | 10 | 4200 |
VLBI | 长基线 | 高分辨条纹与 σ_ast | 7 | 2400 |
LOS 环境 | 光度/弱透镜 | κ_ext, γ_ext, M_mp | 19 | 2100 |
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/通量跨仪器标定 |
2 谱估计 | Welch+多段窗口估计 P_turb(k);变点识别谱段 |
3 像—源联解 | 像素势能+Path 项;源面 TV+L2 正则;反演 σ_ast, R_hf, φ_drift |
4 分层先验 | κ_ext, M_mp, ψ_env 纳入层次贝叶斯(MCMC 收敛:G–R/IAT) |
5 误差传递 | total_least_squares + errors_in_variables 并入 PSF/背景/配准 |
6 验证 | k=5 交叉验证;盲测:高 κ_ext 与拥挤场样本 |
7 指标一致 | 统一 RMSE/R2/AIC/BIC/χ²_dof/KS_p 与 JSON 同步 |
4.3 结果摘录(与元数据一致)
参量/指标 | 数值 |
|---|---|
β_turb / A_turb / ℓ_c | 2.68±0.18 / 1.87±0.34 / 0.91±0.19 kpc |
σ_ast / R_hf | 12.4±2.7 μas / 1.31±0.22 |
φ_drift / θ_Coh / ξ_RL | 0.33±0.07 rad / 0.356±0.082 / 0.176±0.041 |
slope(J_Path→δ_FR) | −0.28±0.07 |
性能 | RMSE=0.033,R²=0.934,χ²/dof=1.01,AIC=12822.8,BIC=13005.6,KS_p=0.337 |
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 | 10.1 | 6.9 | 10.1 | 6.9 | +3.2 |
总计 | 100 | 86.9 | 72.5 | +14.4 |
5.2 综合对比总表(统一指标集)
指标 | EFT | Mainstream |
|---|---|---|
RMSE | 0.033 | 0.041 |
R² | 0.934 | 0.889 |
χ²/dof | 1.01 | 1.18 |
AIC | 12822.8 | 13071.5 |
BIC | 13005.6 | 13287.4 |
KS_p | 0.337 | 0.220 |
参量个数 k | 12 | 14 |
5 折 CV 误差 | 0.036 | 0.046 |
5.3 差值排名表(EFT − Main)
排名 | 维度 | 差值 |
|---|---|---|
1 | 外推能力 | +3.2 |
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“湍动谱—像位/时延高频—路径公共项”的乘性结构,能够跨 HST/JWST、ALMA、VLBI 与 IFS 一致解释观测;参数物理可解释,可作为 H0 推断与子结构统计的系统误差门控与线上质检指标。 |
盲区 | 极端多平面/强环境场下,γ_Path 与 κ_ext/M_mp 可能退化;谱估计对 PSF/配准残差敏感,高 k 端需更严格的去卷积与盲测。 |
证伪线 | 见元数据 falsification_line。 |
实验建议 | (1)多平台协同测量高 k 端条纹功率谱;(2)建立 J_Path 代理指数与实时监测;(3)差分视场与偏振/多色策略降低 σ_env 并标定 k_TBN;(4)z 栈配准稳健估计 M_mp, κ_ext。 |
外部参考文献来源
• Schneider, Ehlers & Falco, Gravitational Lenses
• Treu & Marshall, Strong Lensing for Precision Cosmology
• Petters, Levine & Wambsganss, Singularity Theory and Gravitational Lensing
• 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 | P_turb(k), β, A_turb, ℓ_c, σ_ast, R_hf, φ_drift, θ_Coh, κ_ext, M_mp, J_Path |
谱估计 | Welch/多段窗+变点法识别谱段与注入点 |
反演 | 像素势能+Path 项;源面 TV+L2;联合时延与条纹观测 |
误差统一 | total_least_squares + errors_in_variables |
盲测 | 高 κ_ext 与拥挤/强条纹子样本外推验证 |
附录 B|灵敏度与鲁棒性检查(选读)
检查 | 结果 |
|---|---|
留一法 | 关键参量变化 < 14%,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 + 背景漂移,总体参数漂移 < 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 0.036;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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