[논문 리뷰] The present moment in quantum cosmology: challenges to the arguments for the elimination of time

Lee Smolin|ArXiv.org|2001. 04. 29.

Noncommutative and Quantum Gravity Theories참고 문헌 18인용 수 36

한 줄 요약

이 논문은 양자 우주론에서 시간을 제거하는 것에 도전하며, 기본 물리 이론이 두 원칙을 존중해야 한다고 주장한다: 모든 관측 가능량은 내부 관측자가 측정할 수 있어야 하며, 모든 수학적 구조는 우주 내의 컴퓨터에 의해 유한한 시간 안에 구성될 수 있어야 한다. 시간을 우주론 이론에서 제거할 경우 이러한 원칙을 위반하므로, 시간은 제거될 수 없다고 주장하며, 국소 스핀 네트워크 이동 기반의 유한하고 구성 가능한 상태 공간을 사용해 양자 우주론을 재구성함으로써 시간을 기본적이며 동적인 우주의 구축 과정으로 통합한다.

ABSTRACT

Barbour, Hawking, Misner and others have argued that time cannot play an essential role in the formulation of a quantum theory of cosmology. Here we present three challenges to their arguments, taken from works and remarks by Kauffman, Markopoulou and Newman. These can be seen to be based on two principles: that every observable in a theory of cosmology should be measurable by some observer inside the universe, and all mathematical constructions necessary to the formulation of the theory should be realizable in a finite time by a computer that fits inside the universe. We also briefly discuss how a cosmological theory could be formulated so it is in agreement with these principles.

연구 동기 및 목표

• 시간을 기본 우주론 이론에서 제거할 수 있다는 널리 퍼진 견해에 도전하기 위해.
• 표준적인 시간 제거 근거가 우주 내 관측자가 실현할 수 없는 비물리적 수학적 구조에 의존한다는 것을 주장하기 위해.
• 두 가지 기본 원칙을 설정하기 위해: (1) 모든 관측 가능량은 내부 관측자가 물리적으로 측정할 수 있어야 하며, (2) 모든 수학적 구조는 우주 내에서 유한한 시간 안에 구성될 수 있어야 한다.
• 이 원칙들을 존중하면서 시간을 기본적이며 동적인 개념으로 되살리는 양자 우주론의 재구성 제안하기 위해.
• 양자 인과력사와 유한한 상태 공간(예: 인접 가능한 가능성)이 양자 우주론에 대해 실현 가능하고 구성 가능한 프레임워크를 제공할 수 있는지 탐색하기 위해.

제안 방법

• 핵심 원칙 두 가지를 수용하기: (1) 모든 관측 가능량은 내부 관측자가 측정할 수 있어야 하며, (2) 모든 수학적 객체는 우주에 국한된 컴퓨터에 의해 유한한 시간 내에 구성될 수 있어야 한다.
• 무한하거나 구성 불가능한 구성 공간(예: 스핀 네트워크 전체 공간)에 의존하는 표준 양자 우주론 프레임워크를 비판하기 위해.
• ‘인접 가능한 가능성’ 개념을 도입하기: 초기 상태에서 국소 이동의 유한한 수를 거쳐 도달 가능한 구성의 유한하고 동적으로 생성된 공간.
• 유한 차원 상태 공간 ΩΓ^r을 구성하기: 초기 그래프 Γ에서 r개의 국소 이동을 통해 도달 가능한 모든 스핀 네트워크의 스칼라 선형 조합으로 정의되며, 이는 유한성과 구성 가능성 보장.
• 시간을 국소적이고 인과적인 사건의 순서로 모델링하기 위해 양자 인과력사 프레임워크를 적용하기: 각 사건은 이산적인 시공간 영역에 해당한다.
• 호로그래픽 원리와 Bekenstein 한계를 통합하여 기하 측정이 정보 흐름으로 환원될 수 있음을 제안하며, 이는 시공간 구조 내에서 유한하고 이산적인 정보의 역할을 강화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 물리적 실현 가능성 제약 조건을 만족하면서도 시간을 제거하지 않고도 양자 우주론을 재구성할 수 있는가?
• RQ2 예를 들어 스핀 네트워크 전체 구성 공간과 같은 표준 수학적 구조들이 유한한 시간 내에 구성되지 않는 한, 실제로 물리적으로 의미가 있는가?
• RQ3 모든 관측 가능량이 내부 관측자에 의해 측정되어야 한다면, 시간 개념을 기본 개념으로 유지할 수 있는가?
• RQ4 가능한 우주의 공간이 사전에 가정된 것이 아니라, 유한하고 동적으로 생성된 상태로 양자 우주론을 어떻게 구성할 수 있는가?
• RQ5 양자 중력의 맥락에서 유한성과 구성 가능성 원칙을 존중하는 우주론 이론에서 정보는 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 모든 관측 가능량이 내부 관측자가 물리적으로 측정할 수 있어야 한다는 조건을 적용할 경우, 양자 우주론에서 시간을 제거하는 표준 논거는 실패한다.
• 스핀 네트워크 전체 공간이나 환경 위상 동치류와 같은 수학적 구조는 우주 내 컴퓨터에 의해 유한한 시간 내에 구성되지 않는 한 물리적으로 실현 가능하지 않다.
• 초기 그래프 Γ에서 r개의 국소 이동을 통해 도달 가능한 스핀 네트워크로 생성된 유한 차원 공간 ΩΓ^r은 구성 가능하고 유한하므로, 전체 구성 공간에 대한 실현 가능한 대안을 제공한다.
• 이러한 공간을 국소 이동을 통해 구성하는 방식은 자연스럽게 유한한 시간의 순서로 우주의 상태 변화를 유도하는 이산적 시간 개념을 내재한다.
• 양자 인과력사는 국소적이고 인과적인 변화에 의해 생성된 부분 순서를 기반으로 하므로, 이 접근 방식을 실현하는 데 자연스러운 프레임워크를 제공한다.
• 호로그래픽 원리와 Bekenstein 한계는 기하학이 궁극적으로 정보 흐름으로 환원될 수 있음을 시사하며, 이는 시간과 시공간이 유한하고 이산적인 정보 생성 과정에서 기인한다는 아이디어를 강화한다.