[논문 리뷰] Spacetimes with Semantics

Mark Burgess|arXiv (Cornell University)|2014. 11. 20.

Distributed systems and fault tolerance참고 문헌 21인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 약속 이론과 자율 에이전트를 사용하여 관측자 의미론을 이산적이고 유한한 시공간에 통합함으로써 시공간을 통합적인 프레임워크로 제안한다. 공간과 시간은 국소적 의미론적 상호작용에서 기원하며, 연속성, 운동, 인과관계가 완전하지도 않고 국소적이지 않은 정보로부터 어떻게 유도되는지 보여주며, 주요 결과로는 정보 수렴에서 시간이 어떻게 유도되는지와 네트워크 분할을 통해 분기 세계를 모델링하는 것을 포함한다.

ABSTRACT

Relationships between objects constitute our notion of space. When these relationships change we interpret this as the passage of time. Observer interpretations are essential to the way we understand these relationships. Hence observer semantics are an integral part of what we mean by spacetime. Semantics make up the essential difference in how one describes and uses the concept of space in physics, chemistry, biology and technology. In these notes, I have tried to assemble what seems to be a set of natural, and pragmatic, considerations about discrete, finite spacetimes, to unify descriptions of these areas. It reviews familiar notions of spacetime, and brings them together into a less familiar framework of promise theory (autonomous agents), in order to illuminate the goal of encoding the semantics of observers into a description of spacetime itself. Autonomous agents provide an exacting atomic and local model for finite spacetime, which quickly reveals the issues of incomplete information and non-locality. From this we should be able to reconstruct all other notions of spacetime. The aim of this exercise is to apply related tools and ideas to an initial unification of real and artificial spaces, e.g. databases and information webs with natural spacetime. By reconstructing these spaces from autonomous agents, we may better understand naming and coordinatization of semantic spaces, from crowds and swarms to datacentres and libraries, as well as the fundamental arena of natural science.

연구 동기 및 목표

• 실제 및 인공적 공간(예: 데이터베이스, 지식 시스템, 물리적 시공간)을 이산적이고 유한한 시공간 모델에 관측자 의미론을 통합함으로써 통합하고자 한다.
• 물리학에서의 전역적 시공간 구조의 일관성 문제를 국소적 관측자에 의존하는 의미론에 기반하여 해결하고자 한다.
• 연속성, 운동, 인과관계와 같은 전통적 시공간 개념을 완전하지 않은 정보와 비국소성을 가진 자율 에이전트로부터 재구성하고자 한다.
• 지식 공간과 정보 시스템을 시간이 상태 변화와 버전 관리에서 기원하는 의미론적 시공간으로 모델링하고자 한다.
• 네트워크 분할과 약속 이론의 관점에서 양자역학과 분산 시스템에서의 분기 세계와 비국소성의 함의를 탐색하고자 한다.

제안 방법

• 자율 에이전트를 위한 형식적 수단으로 약속 이론을 사용하며, 관측자를 국소적이고 자기 일관된 실체로 모델링하고 의미론적 약속을 수립한다.
• 연속성을 가정하지 않고 공간적 및 시간적 관계를 표현하기 위해 이산 수학적 구조(매트로이드, 그래프, 빅라프, 격자)를 적용한다.
• 매트로이드와 기저를 통해 좌표계를 도입하여 임의의 위상에서 차원성과 독립성을 정의한다.
• 정보 흐름과 상태 변화에 기반하여 시간을 모델링하며, 각 에이전트의 수신 신호에 따라 고유한 시간을 정의한다.
• 에이전트 네트워크에서 상태 전이로 운동을 모델링하며, 기체(자유), 고체상태(열전도), 제3종(구조화된) 운동을 구분한다.
• 스패닝 트리, 강하게 연결된 성분, 거리 측정법(호프 수)과 같은 그래프 이론적 도구를 사용하여 의미론적 공간에서의 인접성과 연결성을 형식화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전역적이고 매끄러운 다양체가 아니라 국소적 관측자에 의존하는 의미론에서 시공간을 어떻게 재구성할 수 있는가?
• RQ2 완전하지 않은 정보를 가진 자율 에이전트가 시공간의 연속성과 방향성의 외형을 어떻게 생성하는가?
• RQ3 의미론적 제약 조건이 있는 이산적이고 유한한 시스템에서 분기하는 시간선과 비국소성이 어떻게 기원하는가?
• RQ4 지식 공간과 정보 시스템은 어떤 방식으로 동적 특성과 좌표화 측면에서 물리적 시공간과 유사한가?
• RQ5 의미론적 시공간에서 인과적으로 분리된 영역 간에 시간을 어떻게 일관되게 정의할 수 있는가?

주요 결과

• 시공간은 자율 에이전트의 국소적 의미론적 상호작용에서 기원하며, 대규모이고 통합된 정보 교환의 극한에서만 연속성과 방향성이 나타난다.
• 시간은 전역적 매개변수일 것이 아니라 각 에이전트가 수신한 정보에 기반한 국소적 측정이며, 각 에이전트는 고유한 고유 시간을 가진다.
• 비국소성과 완전하지 않은 정보는 근본적이다. 이는 전역적 동기화를 방해하며, 약속과 인터페이스를 통한 의미론적 조율가 필요로 한다.
• 인과적으로 독립된 세계로의 분기는 네트워크 분할과 대응하며, 융합되거나 구분되지 않는 분기는 의미론 공간에서의 특이점으로 나타난다.
• 지식 공간은 버전 관리와 색인화를 통해 진화하며, 시간은 상태 전이에서 기원하며, 이들의 역학은 의미론 다양체로 간주할 경우 물리적 시공간과 유사하다.
• 약속이 이행되고 더 이상 상태 변화가 관측되지 않을 때 의미론적 공간에서 '블랙홀' 개념이 발생하며, 이는 정적 평형 상태와 시간 인식의 상실을 초래한다.