[논문 리뷰] The emergence of space and time

Christian Wüthrich|arXiv (Cornell University)|2018. 04. 06.

Noncommutative and Quantum Gravity Theories참고 문헌 16인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 양자중력 이론에서 기본적으로 시공간이 아닌 양자적 구조에서 시공간이 유도될 수 있으며, 시공간의 경험적 특성들이 시공간을 기본으로 가정하지 않고 어떻게 유도되는지를 설명할 수 있는 가장 타당한 프레임워크로 시공간 기능주의를 제안한다. 이 논문은 만약 기본 물리학 이론이 관측 가능한 모든 시공간 현상을 기능적으로 재현할 수 있다면, 시공간이 기본이 아니더라도 이론은 경험적으로 타당하다고 주장한다.

ABSTRACT

Research in quantum gravity strongly suggests that our world in not fundamentally spatiotemporal, but that spacetime may only emerge in some sense from a non-spatiotemporal structure, as this paper illustrates in the case of causal set theory and loop quantum gravity. This would raise philosophical concerns regarding the empirical coherence and general adequacy of theories in quantum gravity. If it can be established, however, that spacetime emerges in the appropriate circumstances and how all its relevant aspects are explained in fundamental non-spatiotemporal terms, then the challenge is fully met. It is argued that a form of spacetime functionalism offers the most promising template for this project.

연구 동기 및 목표

• 시공간을 기본으로 하지 않는 양자중력 이론의 경험적 타당성과 존재론적 적합성에 대한 철학적 우려를 다루기 위해.
• 시공간이 기초적인 시공간적 성질에 의존하지 않고 비시공간적 자유도로부터 기능적으로 재구성될 수 있는지 조사하기 위해.
• 시공간 기능주의를 양자중력 이론에서 시공간의 유도를 이해하는 데 가장 유망한 프레임워크로 방어하기 위해.
• 물리적 현실을 위해 시공간이 필수 조건이 되어야 한다는 전제를 도전하며, 대신 시공간이 효과적이고 파생된 구조일 수 있다고 주장하기 위해.

제안 방법

• 시공간이 이산적이고 비시공간적인 구조에서 어떻게 유도될 수 있는지 보여주기 위해 인과적 집합 이론과 루프 양자중력 이론의 사례 연구를 분석한다.
• 시공간을 그의 인과적 및 역학적 역할에 의해 정의하고 기본적인 시공간적 성질이 아닌 기능주의를 적용함으로써 시공간에 대한 기능주의를 적용한다.
• 기능주의에 대한 반론을 평가한다. 예를 들어 '시공간 좀비' 사고실험과 비시공간적 프레임워크에서의 시공간 개념의 투명성 부족 문제.
• 기본 물리학 이론이 거시적 척도에서 관측 가능한 모든 시공간적 특성을 재현할 수 있다면, 기능주의가 경험적 충족성에 충분하다고 주장한다.
• 시공간이 기본적인 시공간적 '비블'들로 구성된다는 구성주의 철학을 기각하고, 더 가벼운, 책임을 지지 않는 구조주의 존재론을 선호한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기본적으로 비시공간적인 자유도로부터 시공간을 기능적으로 축소할 수 있는가? 이 과정에서 경험적 타당성이 손상되지 않는가?
• RQ2 어떤 철학적 프레임워크가 양자중력 이론에서 시공간의 유도를 가장 잘 수용할 수 있는가?
• RQ3 기본적으로 비시공간적인 세계가 어떻게 명백한 세계의 시공간적 특성을 설명할 수 있는가?
• RQ4 왜 시공간 기능주의가 양자중력의 맥락에서 실체주의나 관계주의보다 바람직한가?
• RQ5 시공간이 기본이 아니라고 할 경우, 기본 이론이 경험적으로 타당하다고 간주되기 위해 충족해야 할 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 시공간은 양자중력에서 기본이 아닐 수 있지만, 비시공간적 구조에서 기능적으로 유도된다면 여전히 경험적으로 타당할 수 있다.
• 시공간 기능주의는 시공간의 인과적 및 역학적 역할이 기본적인 시공간적 성질 없이 어떻게 실현되는지를 설명할 수 있는 타당한 철학적 프레임워크를 제공한다.
• '시공간 좀비' 반론은 두 세계가 물리적 및 기능적 측면에서 동일할 경우, 철학적으로 구별될 수 없다면 실패한다.
• 기능주의는 시공간 개념의 투명성 부족 문제를 개념의 명료성보다는 행동과 경험적 검증 가능성에 초점을 맞춤으로써 극복한다.
• 기본 수준에서 시공간이 없더라도 물리학 이론이 거시적 척도에서 관측 가능한 모든 시공간적 현상을 재현한다면 이론의 기초는 훼손되지 않는다.
• 시공간에 대한 편향이 없는 구조주의 존재론은 현재의 양자중력 연구 상태를 가장 잘 수용한다.