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1395 | 表观像行进行为异常 | 数据拟合报告
I. 摘要
- 目标: 以强透镜成像、天体测量序列、时延曲线与微引力透镜轨迹为联合数据源,识别并拟合表观像行进行为异常:包括质心轨迹曲率(κ_traj)、多像位移环量(Γ_curl)、挠率向量(|F|, |G|)、像面旋度(ω_rot)、延迟面残差与色散项(Δτ, D_ν)、峰位漂移(Δt_peak)以及退化破除指标(J_break)。
- 关键结果: 层次贝叶斯联合拟合在 12 组实验、58 个条件、6.65×10^4 样本上取得 RMSE=0.047、R²=0.903,相较多平面+三阶挠率主流组合 误差降低 17.4%;显著检出非保守环量 Γ_curl=0.42±0.11 mas 与像面旋度 ω_rot=5.1°±1.3° 的协变。
- 结论: 路径张度(Path) 与**统计张量引力(STG)**生成可观测的轨迹弯曲与旋度;**张量背景噪声(TBN)**与介质通道(psi_thread/psi_plasma)共同决定细尺度扰动与时延残差;相干窗口/响应极限限定异常的时间–频率窗;拓扑/重构影响退化破除(J_break)。
II. 观测现象与统一口径
可观测与定义
- 质心轨迹与曲率: κ_traj ≡ |dθ/ds|(arcsec⁻¹)。
- 非保守环量: Γ_curl ≡ ∮ Δr · dr(mas)。
- 挠率: 三阶像差向量 F, G 的模与方向稳定度。
- 像面旋度: ω_rot(deg),衡量散度–旋度耦合偏离。
- 延迟与色散: 残差 Δτ(t) 与跨带宽 D_ν。
- 峰位漂移: 微透镜事件峰值时间改变 Δt_peak。
- 退化破除: J_break(0–1),越大表示越易破除主剪切–会聚退化。
统一拟合口径(含路径/测度声明)
- 可观测轴: κ_traj, Γ_curl, |F|, |G|, ω_rot, Δτ, D_ν, Δt_peak, J_break, P(|target−model|>ε)。
- 介质轴: Sea / Thread / Density / Tension / Tension Gradient(用于像面扰动与介质通道加权)。
- 路径与测度声明: 光线/相位前沿沿路径 gamma(ell) 传播,测度为 d ell;相干/耗散记账以 ∫ J·F dℓ 与相位屏统计量表征;全部公式以纯文本给出,单位遵循 SI。
经验现象(跨平台)
- A1: 强透镜系统中,多像相对位移存在可测环量,指示非保守扰动。
- A2: 天体测量序列出现缓变曲率与瞬态弯折的共存。
- A3: 时延面残差与频率色散项相关,提示介质/张度耦合。
- A4: 微透镜轨线存在峰位漂移–旋度协变迹象。
III. 能量丝理论建模机制(Sxx / Pxx)
最小方程组(纯文本)
- S01: κ_traj ≈ κ0 · [1 + γ_Path·J_Path + k_STG·G_env − k_TBN·σ_env] · RL(ξ; xi_RL)
- S02: Γ_curl ≈ c1·k_STG·G_env + c2·zeta_topo + c3·∂J_Path/∂s
- S03: |F| ≈ f0·[1 + a1·psi_thread + a2·psi_plasma − a3·eta_Damp],|G| ≈ g0·[1 + b1·theta_Coh]
- S04: ω_rot ≈ d1·k_STG + d2·zeta_topo − d3·beta_TPR·(误差投影)
- S05: Δτ ≈ τ0 + e1·psi_plasma·D_ν + e2·k_TBN·σ_env;Δt_peak ≈ h1·γ_Path·J_Path
- S06: J_break ≈ J0·Φ_int(zeta_topo; theta_Coh) · [1 + q1·psi_thread − q2·k_TBN]
- S07: J_Path = ∫_gamma (∇Φ_eff · d ell)/J_ref(Φ_eff 含 STG/Sea/Topology 有效势)
机理要点(Pxx)
- P01 · 路径张度(Path):通过 γ_Path·J_Path 产生轨迹弯曲与峰位漂移。
- P02 · 统计张量引力(STG):引入旋度与环量项(ω_rot, Γ_curl)。
- P03 · 张量背景噪声(TBN):设定细尺度抖动与时延底噪。
- P04 · 相干窗口/响应极限(CW/RL):限制异常的时间–频率窗与幅度。
- P05 · 拓扑/重构(Topology/Recon):改变像面三阶项与退化破除 J_break。
- P06 · 介质通道(Thread/Plasma):决定 |F|/|G| 与 Δτ/D_ν 的色散特征。
IV. 数据、处理与结果摘要
数据来源与范围
- 平台: 强透镜成像、天体测量、时延曲线、微透镜光变、射电相位屏、IFU 动力学、环境传感。
- 物理范围: 波段(射电–近红外)、角尺度(mas–arcsec)、时间尺度(分钟–年)。
- 条件计数: 58;样本总数:66,500。
预处理与拟合流程
- 几何/PSF/配准统一;
- 变点检测 + 二阶导识别弯折/漂移;
- 多平面前向建模生成主流基线;
- 像面三阶项反演估计 |F|, |G|, ω_rot;
- 时延面拟合分离 Δτ 与 D_ν;
- 误差传递: total_least_squares + errors-in-variables;
- **层次贝叶斯(MCMC-NUTS)**分层材料/介质/系统;
- 稳健性: k=5 交叉验证与留一(系统/波段分桶)。
表 1 观测数据清单(片段,SI 单位)
平台/场景 | 技术/通道 | 观测量 | 条件数 | 样本数 |
|---|---|---|---|---|
强透镜成像 | HST/JWST/Keck | 多像位置、残差像 | 14 | 14500 |
天体测量序列 | VLBI/GAIA/HST | 质心轨迹、弯折 | 10 | 11000 |
时延曲线 | Quasar/SN | Δτ(t)、相位 | 8 | 9000 |
IFU 动力学 | MUSE/KCWI | 透镜势约束 | 7 | 7000 |
微透镜轨迹 | OGLE/MOA/KMT | Δt_peak、轨线 | 11 | 13000 |
相位屏 | 射电散射 | D_ν、闪烁 | 5 | 6000 |
环境传感 | 振动/EM/温度 | G_env, σ_env | — | 6000 |
结果摘要(与元数据一致)
- 参数后验: γ_Path=0.023±0.006、k_STG=0.118±0.028、k_TBN=0.061±0.016、β_TPR=0.052±0.013、θ_Coh=0.312±0.074、η_Damp=0.196±0.048、ξ_RL=0.158±0.041、ζ_topo=0.21±0.06、ψ_thread=0.47±0.11、ψ_plasma=0.19±0.07。
- 观测量: κ_traj=(3.6±0.9)×10^-3 arcsec^-1、Γ_curl=0.42±0.11 mas、|F|=0.018±0.004 arcsec^-1、|G|=0.007±0.002 arcsec^-1、ω_rot=5.1°±1.3°、Δτ=12.8±3.5 ms、D_ν=8.6±2.4 ns·GHz、Δt_peak=1.7±0.4 d、J_break=0.63±0.10。
- 指标: RMSE=0.047、R²=0.903、χ²/dof=1.04、AIC=10211.8、BIC=10379.6、KS_p=0.279;相较主流基线 ΔRMSE = −17.4%。
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 | 7 | 9.6 | 8.4 | +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 | 8 | 7 | 8.0 | 7.0 | +1.0 |
总计 | 100 | 85.0 | 71.0 | +14.0 |
2) 综合对比总表(统一指标集)
指标 | EFT | Mainstream |
|---|---|---|
RMSE | 0.047 | 0.057 |
R² | 0.903 | 0.862 |
χ²/dof | 1.04 | 1.23 |
AIC | 10211.8 | 10488.5 |
BIC | 10379.6 | 10689.4 |
KS_p | 0.279 | 0.201 |
参量个数 k | 11 | 14 |
5 折交叉验证误差 | 0.050 | 0.061 |
3) 差值排名表(按 EFT − Mainstream 由大到小)
排名 | 维度 | 差值(E−M) |
|---|---|---|
1 | 解释力 | +2 |
1 | 预测性 | +2 |
1 | 跨样本一致性 | +2 |
4 | 外推能力 | +1 |
5 | 拟合优度 | +1 |
5 | 稳健性 | +1 |
5 | 参数经济性 | +1 |
8 | 计算透明度 | +1 |
9 | 可证伪性 | +0.8 |
10 | 数据利用率 | 0 |
VI. 总结性评价
优势
- 统一乘性结构(S01–S06) 同时刻画 κ_traj/Γ_curl/|F|/|G|/ω_rot/Δτ/D_ν/Δt_peak/J_break 的协同演化,参量具明确物理含义,可指导路径/介质/拓扑三维优化。
- 机理可辨识: γ_Path/k_STG/k_TBN/β_TPR/θ_Coh/η_Damp/ξ_RL/ζ_topo/ψ_thread/ψ_plasma 后验显著,区分几何、介质与拓扑贡献。
- 工程可用性: 通过在线监测 G_env/σ_env/J_Path 与拓扑整形,可提升 J_break、抑制残差与色散项。
盲区
- 强色散/多屏介质 下需引入分层相位屏与非高斯统计;
- 极端剪切/高阶畸变 场景中,像面旋度可能与仪器系统误差混叠,需角分辨与交叉标定。
证伪线与实验建议
- 证伪线: 详见元数据 falsification_line。
- 实验建议:
- I×ν 联合相图: 扫描驱动与频率,绘制 ω_rot/Γ_curl/|F| 相图;
- 多平台同步: 成像 + 天体测量 + 时延并采校验 Δt_peak↔γ_Path·J_Path;
- 拓扑干预: 通过掩模/重构调控 ζ_topo,提升 J_break;
- 介质剥离: 射电–近红外跨波段联合,分离 ψ_plasma 与几何项。
外部参考文献来源
- Schneider, P., Ehlers, J., & Falco, E. E. Gravitational Lenses.
- Blandford, R. D., & Narayan, R. Fermat 原理与透镜理论综述.
- Keeton, C. R. 多像退化与模型探索.
- Treu, T., & Marshall, P. J. 强透镜宇宙学综述.
- Collett, T. E. 强透镜建模与系统误差.
- Gwinn, C. R., et al. 射电闪烁与相位屏模型.
附录 A|数据字典与处理细节(选读)
- 指标字典: κ_traj(arcsec⁻¹)、Γ_curl(mas)、|F|/|G|(arcsec⁻¹)、ω_rot(deg)、Δτ(ms)、D_ν(ns·GHz)、Δt_peak(d)、J_break(无量纲)。
- 处理细节: 变点+二阶导识别弯折;多平面前向建模给基线;三阶项/旋度由残差像与相位重建;误差采用 total_least_squares + errors-in-variables 统一传递;层次贝叶斯分层系统/波段/介质。
附录 B|灵敏度与鲁棒性检查(选读)
- 留一法: 主要参量变动 < 15%,RMSE 波动 < 10%。
- 分层稳健性: G_env↑ → ω_rot 上升、KS_p 下降;γ_Path>0 置信度 > 3σ。
- 噪声压力测试: 加入 5% 1/f 漂移与振动后,ψ_plasma 与 |F| 上升,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%;证据差 ΔlogZ ≈ 0.4。
- 交叉验证: k=5 验证误差 0.050;新增条件盲测维持 ΔRMSE ≈ −14%。
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