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WSIG–EBOC–RCA 统一理论:以“窗—群延迟刻度“实现通用测度坐标与规范不变量时间尺

Version: 1.10

摘要

在 de Branges–Kreĭn 规范系统与多通道散射的抽象框架内,本文以“算子—测度—函数“的纯理论语言,建立一套不依赖实验叙述的统一体系:将“相位导数—相对态密度—Wigner–Smith 群延迟迹“焊接为同一母刻度的通用测度坐标,并以 Toeplitz/Berezin 压缩的窗口化读数刻画有限资源与观测选择。在由基底内同构、相位规范与可逆滤波生成的可逆观测变换群上,证明窗口化延迟积分构成的块内时间尺之不变性;在“有限阶“ Euler–Maclaurin 与 Poisson 纪律下给出非渐近误差闭合与“奇性不增/极点=主尺度“的稳定原则。由此,在 EBOC 静态块宇宙中以内禀的 代替外置流逝时间;在 RCA 可逆计算的同构重标下获得统一度量。本体系的刻度同一式在绝对连续谱几乎处处成立: 其中 为散射矩阵, 为 Wigner–Smith 延迟矩阵, 为相对于参考通道/自由哈密顿的相对态密度。窗口化读数以 Toeplitz/Berezin 压缩映射 及其协变符号 定义: 并在可逆观测变换下保持不变,成为 EBOC 块内之通用时间尺。上述三位一体刻度由 Wigner–Smith 延迟矩阵与 Birman–Kreĭn 谱移—行列式公式联接而成,提供从相位到密度、从散射到测度的统一坐标与变分/最优化的稳定基准。(chaosbook.org)


Notation & Axioms / Conventions

  1. 观测三元 为希尔伯特空间; 为能量刻度 的散射矩阵(绝对连续谱 a.e.); 为窗口,诱导分析—合成映射 及 Toeplitz/Berezin 压缩映射 ;其协变符号为 ,并由此决定读数泛函。窗口族取带限或指数衰减类,并满足 reproducing-kernel 语境下的正则性。(SpringerLink) 1′. 窗族归一化(Parseval/紧框架,分量内):在绝对连续谱的直接积分分解及通道纤维上,任选窗族使每个阈值正则分量 (a.e. )。该归一化与 reproducing-kernel 正则性兼容,并确保窗口化读数的相位规范项仅产生端点常数。 1″. 阈值集合与正则域:记阈值集合 。凡涉及定理 3.2 的积分,默认 ,或等价地先将 细分后分量积分并汇总。 1‴. 相位分支与可导性:在每个阈值正则分量 上固定 的连续分支,从而 上 a.e. 存在;跨越阈值与离散谱处按分布意义处理(Levinson 型跃迁)。
  2. 刻度同一卡片:公理化采用 。其中相位导数与 的等价来自 Wigner–Smith 定义与行列式微分恒等式;与 的等价由 Birman–Kreĭn 公式与谱移函数之微分联系给出。(link.aps.org)
  3. 有限阶 EM+Poisson 卡片:涉及求和—积分换元与能量格点化,一律以有限阶 Euler–Maclaurin 与 Poisson 求和给出非渐近误差闭合;明确界常数依赖窗口与符号的有限范数;奇性不增且“极点=主尺度“。(dlmf.nist.gov)
  4. 语言与对象:窗口/读数一律作“算子—测度—线性泛函“的对象;避免实验流程叙述。Toeplitz/Berezin 压缩与 Berezin 变换用于将能量—相位解析平台(如 de Branges 空间、Paley–Wiener/Mellin 模型)中的函数符号映到算子。(math.purdue.edu)
  5. 记号 表示正规化(Fredholm)行列式; 为迹; 为绝对连续谱投影;“a.e.“均指绝对连续谱几乎处处。正规化与迹类标准参考见 Simon。(ams.org)

1. 散射相位、群延迟与谱移:三位一体坐标

与参考 为自伴,满足使得 存在且幺正的通常可追踪扰动条件。定义 。Wigner–Smith 给出 的厄米性(Hermitian)与其与 的能量导数关系;其迹满足 。另一方面,Birman–Kreĭn 公式 联系散射行列式与谱移函数 ,故 。取 即得刻度同一式。(link.aps.org)

推论:绝对连续谱 a.e. 上,三对象诱导的测度满足 ,且 。这为后续的窗口化读数与换元一致性提供母刻度。(ams.org)


2. 窗口化读数与 Toeplitz/Berezin 压缩

取 reproducing-kernel 空间 (如 de Branges、Paley–Wiener 或 Mellin–Hardy)作能量—相位解析平台。窗口 诱导分析—合成映射 。定义压缩映射 以及其协变符号

定义 2.0(通道纤维压缩) 在绝对连续谱的直接积分分解 下,分析映射 给出协变符号 于是窗口化密度与读数为 ,并在 1′ 的 Parseval 归一化下,对每个阈值正则分量 ,满足 (a.e. )。

对能量局域的矩阵符号 ,定义窗口化迹 ,其中 为 Berezin 协变符号。群延迟的窗口化密度定义为 ,从而 。Toeplitz/Berezin 体系保证 的正性与正则极限,以及在符号代数上的一致性。(SpringerLink)

:在 de Branges 空间 上, 可由核 的 Berezin 变换给出;在 Paley–Wiener 与 Mellin 模型中, 分别对应带限/对数伸缩的窗压缩,从而与谱分解可交换到受控余量。(math.purdue.edu)


3. 可逆观测等价与规范不变量

定义 3.1(可逆观测变换)

可逆观测变换由以下生成元生成: (i) 的内同构 (固定能量刻度);(ii) 相位规范,其中 对每个分量区间端点满足 ;(iii) 可逆窗重标(能量无关):在每个阈值正则分量 上取固定的通道基 。窗重标 诱导 因而压缩映射对符号协变: 与 (i) 的内同构及 (ii) 的相位规范共同作用下, 的窗口化积分保持不变。

定理 3.2(窗口化延迟的规范不变性—归一化版本)

在 1′–1″ 与定义 3.1 的条件下,对任意阈值正则的有限并区间 (即 ),量 在可逆观测变换(内同构、相位规范、可逆窗重标)下保持不变。

证明纲要:用迹与相似不变性得 。相位规范贡献 之项;由 1′ 的分量内归一化 )与定义 3.1 的端点条件 ,得 ,规范项消失,不变性成立。(dlmf.nist.gov)

推论 3.3(通用时间尺) 与观测表象无关,构成 EBOC 静态块中的内禀时标。


4. 通用测度坐标与换元一致性

命题 4.1(a.c. 三测度一致及分布拓展)

满足通常的可追踪扰动与极限吸收条件。则在绝对连续谱 a.e. 上有 其中 。若将离散谱/阈值并入全谱,则在分布意义下三者一致: 在离散谱处含 -质量, 出现相位跃迁(Levinson 型), 取自边界值。因此任意窗口化读数可在同一坐标下比较与换元,换元后误差由第 5 节的统一常数封顶。([m.mathnet.ru][9])

命题 4.2(Mellin/Paley–Wiener 模型的协变)

对严格单调换元 及相应窗—符号的协变变换,窗口化积分在通用坐标下保持到受控余量的一致性;余量常数仅依赖窗族与符号的有限范数。该结论依赖于 reproducing-kernel 扰动的 Berezin 稳定性。(SpringerLink)


5. 稳定误差学:有限阶 Euler–Maclaurin 与 Poisson

属带限类或指数类, 为足够光滑的能量符号, 为能量分割(由窗或谱管产生)。对能量域 ,则存在 与常数 (仅依赖窗族与有限阶导数半范数)使得 其中 为 Bernoulli 数, 是由有限个半范数组成的误差功能。对 适用同一常数链;在三对象的窗口化读数上获得统一误差预算;并且奇性不增与“极点=主尺度“成立。(dlmf.nist.gov)


6. 变分与稳定:对数行列式泛函

假设 6.A(可定义与凹性域)。设 属于使 的符号类,窗族满足 1′。选取 使得 正定(例如 时取 )。更一般地,只需谱半径 ,即可保证 可逆,并使 处解析。若进一步有 ,则 在算子范数下收敛,且

在局部化算子 上定义正规化对数行列式 其一二阶变分满足 在假设 6.A 下,若 ,则 凹,对 的仿射扰动呈局部强凹;一般符号下在 的小参数区间呈局部半凹,常数由 与第 5 节的有限阶误差常数控制。在刻度同一下适用于 ,并满足统一的 Lipschitz—强凹型稳定界。正规化与迹理想的技术背景见 Simon 与相关 Fredholm 文献。(ams.org)


7. EBOC 内禀时间与 RCA 可逆计算的同构重标

定义 7.1(内禀时间尺)

对能量域 定义 作为 EBOC 静态块中的关系推进时标;它在可逆观测变换下不变。

定理 7.2(RCA 的可同构重标)

将可逆元胞自动机 的步进深度嵌入 度量:若两组观测三元 可逆等价,则与其边界—通道耦合对应的 RCA“深度“由同一时间尺衡量。证明依定理 3.2 的不变性与刻度同一式的统一坐标,从而在不同基底/编码下获得可同构重标。关于 RCA 的可逆性、Garden-of-Eden 判据与可计算性障碍之标准背景参见 Kari 与 Toffoli–Margolus。([ibisc.univ-evry.fr][10])


8. 窗口与紧框架:密度、双正交与障碍

在时间—频率或尺度—相位模型中,紧/有界框架保证窗族的稳定分解与重构。Wexler–Raz 双正交关系刻画了 Gabor/伸缩格下的对偶窗配对;Balian–Low 定理给出紧框架下的本征不可兼容性;Landau 密度定理给出采样/插值的必要密度阈值。将本体系中的 置于上述框架,得到窗口族的稳定性与不可能性边界,从而为 的数值离散化与误差学提供“先验几何“。([sites.math.duke.edu][11])


9. de Branges–Kreĭn 解析平台与 Herglotz–Nevanlinna 结构

de Branges 空间提供能量—相位的全纯解析化平台,其子空间的全序定理与 canonical systems 赋予散射/相位函数天然的函数论与算子论桥接;谱移与散射相位的 Herglotz–Nevanlinna 表示保证了 的测度型与单调性,从而支撑三位一体刻度的测度一致性与可变分性。(math.purdue.edu)


10. 典型模型(纯理论模板)

  1. 一维短程势散射 为群延迟;取 Paley–Wiener 窗,则 紧支, 作为包络到达序之内禀度量,先于任何“到达时间“表象成立。(link.aps.org)
  2. 多通道耦合 汇总通道相位推进; 描述有限资源的线性取样与通道加权;窗口族的几何依赖统一吸收到 的(Parseval/紧框架)归一化与正则性之中。
  3. DBK 规范系统:在 de Branges/Canonical Systems—Toeplitz/Berezin—Herglotz 组合下,三对象测度的协变与一致由刻度同一式直接固定。([arXiv][12])

附录 A:三位一体刻度的证明

Wigner–Smith 定义 给出 。Birman–Kreĭn 公式 导出 。定义 即得 。(chaosbook.org)


附录 B:窗口化不变性的细化证明

无关),且 。则 从而 由 1′ 的分量内归一化与 的端点条件,积分端点项消失,从而 不变。(dlmf.nist.gov)


附录 C:有限阶 EM+Poisson 统一上界

对带限/指数窗与足够光滑的符号 ,Euler–Maclaurin 给出边界层的 Bernoulli 多项式校正项,Poisson 求和给出别名项;两者以有限阶闭合并由窗口与符号的有限半范数控制,从而可将误差学直接移植到 的窗口化读数。(dlmf.nist.gov)


附录 D:RCA 重标的构造语义

将 RCA 的步进算子视作边界通道的可逆耦合;以三位一体刻度给出的母坐标将其步进深度嵌入 度量。RCA 的可逆性等价于全局演化在配置空间的双射性;由 Garden-of-Eden 判据与 Toffoli–Margolus 可逆构造可知,同一动力(在可逆观测变换下)对应相同的 测度,从而不同编码/基底下的时间刻度同构。([ibisc.univ-evry.fr][10])


参考文献(选)

Wigner(1955);Smith(1960)关于时间延迟与群延迟矩阵;Birman–Kreĭn 与 Birman–Yafaev 关于谱移函数与散射行列式;Yafaev《Mathematical Scattering Theory》;Simon《Trace Ideals and Their Applications》与 Fredholm 行列式相关文献;de Branges《Hilbert Spaces of Entire Functions》与 canonical systems 综述;Berezin–Toeplitz 量化与 Berezin 变换综述;Stein–Shakarchi《Fourier Analysis》、NIST DLMF 关于 Poisson 与 Euler–Maclaurin;Heil、Daubechies、Ramanathan–Steger、Landau 关于框架密度、Wexler–Raz 与 Balian–Low;Kari《Theory of cellular automata: A survey》与 Toffoli–Margolus《Cellular Automata Machines》。([chaosbook.org][13])

[9]: https://m.mathnet.ru/eng/aa343?utm_source=chatgpt.com “M. Sh. Birman, D. R. Yafaev, “The spectral shift function. …” [10]: https://ibisc.univ-evry.fr/~hutzler/Cours/IMBI_MPS/Kari05.pdf?utm_source=chatgpt.com “[PDF] Theory of cellular automata: A survey” [11]: https://sites.math.duke.edu/~ingrid/publications/J_Four_Anala_Appl_1_p437.pdf?utm_source=chatgpt.com “Gabor Time-Frequency Lattices and the Wexler–Raz Identity” [12]: https://arxiv.org/abs/1408.6022?utm_source=chatgpt.com “[1408.6022] Canonical systems and de Branges spaces” [13]: https://chaosbook.org/library/WignerDelay55.pdf?utm_source=chatgpt.com “Lower Limit for the Energy Derivative of the Scattering …”