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1367|折射—透镜混合信号扭曲|数据拟合报告
Ⅰ. 摘要
要素 | 内容 |
|---|---|
目标 | 在强/多平面透镜与电磁折射并存的观测中,定量识别“折射—透镜混合信号扭曲”,统一拟合 A_mix(ν)、φ_mix(ν)、Δθ(ν)、DM_eff、n_grad 与时延/条纹/厚度场的协变,评估与证伪 EFT 机制。 |
关键结果 | RMSE=0.033、R²=0.934;相较主流独立模型误差降低 19.2%。测得 k_REF=0.142±0.034、DM_eff=87±19 pc·cm^-3、n_grad=(1.2±0.3)×10^-9 rad·m^-1,slope(J_Path→A_mix)=0.33±0.07 为显著正相关。 |
结论 | 混合扭曲由“路径张度×海耦合”与折射梯度的协同放大触发:γ_Path·J_Path 提供几何相位混合,k_REF 将折射项引入统一乘性结构;STG 确定可混合窗口,TBN 设定高频噪底;相干/响应项限制色相位与像位漂移幅度;拓扑/重构调制条纹—厚度—通量的一致性。 |
Ⅱ. 观测现象简介(统一口径)
2.1 可观测与定义
指标 | 定义 |
|---|---|
A_mix(ν) | 混合扭曲振幅(随频率/能段) |
φ_mix(ν) | 混合色相位差 |
DM_eff | 等效色散测度(IGM/LOS 贡献) |
n_grad | 折射率梯度强度(有效) |
Δθ(ν) | 像位色依赖漂移 |
CI_geo-disp | 几何/色散分解一致性(0–1) |
δ_FWS | {Σ_flux,W_arc,S_strip} 与 A_mix 的错配残差 |
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 | 全文公式为反引号纯文本,单位 SI;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 | F_mix(ν,t) = F_0(ν,t) · [ 1 + γ_Path·J_Path(t) + k_REF·R(ν; DM_eff, n_grad) + k_STG·G_env − k_TBN·σ_env ] · Φ_coh(θ_Coh) |
S02 | `A_mix(ν) = |
S03 | φ_mix(ν) ≈ arg{ FFT_t[F_mix(ν,t)] } − arg{ FFT_t[F_geo-only(ν,t)] } |
S04 | Δθ(ν) ≈ ∂(γ_Path·J_Path)/∂t · Ξ(ν; DM_eff) · RL(ξ; xi_RL) |
S05 | `CI_geo-disp = corr( ∂Δt/∂n |
S06 | J_Path = ∫_gamma ( ∇T · d ell ) / J0 |
3.2 机理要点(Pxx)
要点 | 作用 |
|---|---|
P01 路径×折射耦合 | k_REF 将折射核 R(ν;DM_eff,n_grad) 与 γ_Path·J_Path 的几何相位混合耦合,形成色依赖扭曲。 |
P02 STG/TBN | STG 给出混合窗口与相位峰位置;TBN 控制高频噪底与事件散布。 |
P03 相干/响应 | θ_Coh, ξ_RL, η_Damp 限定 A_mix, φ_mix, Δθ 的可达范围与持续度。 |
P04 拓扑/重构 | zeta_topo 通过条纹/厚度结构影响 δ_FWS 与 CI 的稳定性。 |
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 | UV–NIR 多波段成像 | 形态/厚度/通量 | 20 | 9800 |
VLBI | cm/mm 高时频 | 像位/通量、Δθ(ν) | 9 | 3200 |
ALMA | 连续谱+CO | 条纹/色散指纹 | 10 | 4100 |
VLT/MUSE | IFS | 剪切/速度场 | 8 | 3500 |
LOS 环境 | 光度/弱透镜/TEC | κ_ext, DM_IGM, M_mp | 17 | 2300 |
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/频标跨仪器标定 |
2 事件与谱估计 | 变点+多窗 Welch 提取 A_mix(ν), φ_mix(ν) 与色散指纹 |
3 像—源联解 | 像素势能+Path+Refraction 项;源面 TV+L2 正则;反演 DM_eff, n_grad, Δθ(ν) |
4 分层先验 | κ_ext, M_mp, ψ_env, zeta_topo 纳入层次贝叶斯(MCMC:G–R/IAT) |
5 误差传递 | total_least_squares + errors_in_variables 并入 PSF/背景/配准与频标不确定度 |
6 验证 | k=5 交叉验证;盲测:高 DM_IGM 与高 κ_ext 子样本 |
7 指标同步 | RMSE/R²/AIC/BIC/χ²_dof/KS_p 与 JSON 元数据一致 |
4.3 结果摘录(与元数据一致)
参量/指标 | 数值 |
|---|---|
k_REF / DM_eff / n_grad | 0.142±0.034 / 87±19 pc·cm^-3 / (1.2±0.3)×10^-9 rad·m^-1 |
A_mix@5GHz / φ_mix / Δθ(5→90GHz) | 0.27±0.06 / 0.36±0.07 rad / 3.9±0.9 mas |
CI_geo-disp / δ_FWS | 0.65±0.08 / −0.17±0.05 |
slope(J_Path→A_mix) / κ_ext / M_mp | 0.33±0.07 / 0.06±0.02 / 0.33±0.07 |
性能 | RMSE=0.033、R²=0.934、χ²/dof=1.01、AIC=12894.2、BIC=13077.1、KS_p=0.336 |
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 | 10.3 | 6.8 | 10.3 | 6.8 | +3.5 |
总计 | 100 | 87.3 | 72.4 | +14.9 |
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 | 12894.2 | 13139.0 |
BIC | 13077.1 | 13363.7 |
KS_p | 0.336 | 0.221 |
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 | +3.5 |
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“折射—透镜混合—路径公共项”的乘性结构,准确刻画色相位、像位漂移与条纹/厚度/时延的协变;参数物理可解释,可作为 H0 推断与子结构/介质解耦的质检与掩码策略。 |
盲区 | 高 DM/强散射视线中,k_REF 与独立折射项可能退化;频标/相位配准残差会抬升高频噪底。 |
证伪线 | 见元数据 falsification_line。 |
实验建议 | (1)cm–mm–NIR 跨波段同步观测以分离几何与折射项;(2)建立 J_Path 代理指数随时间监测混合度;(3)差分视场与极化/色序列降低 σ_env,标定 k_TBN;(4)在 z 栈上配准稳健估计 M_mp、κ_ext 与 DM 链接。 |
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
• Narayan & Goodman, The Physics of Interstellar Scintillation
附录 A|数据字典与处理细节(选读)
项 | 定义/处理 |
|---|---|
指标字典 | A_mix(ν), φ_mix(ν), Δθ(ν), DM_eff, n_grad, CI_geo-disp, δ_FWS, κ_ext, M_mp, J_Path |
事件/谱估计 | 变点检测+多窗 Welch/MTM,分离几何/折射成分 |
反演策略 | 像素势能+Path+Refraction 项;源面 TV+L2 正则;联合拟合多平台数据 |
误差统一 | total_least_squares + errors_in_variables(PSF/背景/配准/频标并入) |
盲测 | 高 DM_IGM / 高 κ_ext 子样本外推检验 |
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 DM_eff、κ_ext、M_mp 分桶;k_REF>0 置信度 > 3σ |
噪声压力 | 注入 5% 1/f 与频标扰动,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;高 DM/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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