[論文レビュー] Simulating space and time

Brian Whitworth|arXiv (Cornell University)|Nov 26, 2010

Data Visualization and Analytics参考文献 35被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、空間と時間が、処理ノードの分散グリッドネットワークから生じることを提唱している。物理的現実——空間、時間、物質、エネルギー——は、情報処理の動的出力として生じる。モデルは、時空を3次元の超球面としてシミュレートし、時間は離散的な処理サイクルとして、光は処理波として、量子の収束は不可逆的選択として扱う。情報理論的基盤から相対性理論と量子力学を統合するフレームワークを提供する。

ABSTRACT

This chapter asks if a virtual space-time could appear to those within it as our space-time does to us. A processing grid network is proposed to underlie not just matter and energy, but also space and time. The suggested "screen" for our familiar three dimensional world is a hyper-sphere surface simulated by a grid network. Light and matter then travel, or are transmitted, in the "directions" of the grid architecture. The processing sequences of grid nodes create time, as the static states of movies run together emulate events. Yet here what exists are not the static states, but the dynamic processing between them. Quantum collapse is the irreversible event that gives time its direction. In this model, empty space is null processing, directions are node links, time is processing cycles, light is a processing wave, objects are wave tangles and energy is the processing transfer rate. It describes a world where empty space is not empty, space warps, time dilates, and everything began when this virtual universe "booted up".

研究の動機と目的

• 情報処理に基づくシミュレーテッド・ユニバースが、空間と時間の観測可能な性質を再現できるかどうかを調査すること。
• 客観的現実の仮定を排除し、処理を根本的基盤として採用することで、量子力学と相対性理論を統合すること。
• 空間、時間、物質、エネルギーが離散的な処理ノードのグリッドネットワークから生じる、計算的に実行可能なモデルを提唱すること。
• シミュレーション仮説を真であると証明するのではなく、このようなモデルが既知の物理法則および現象を再現できるかどうかを検証すること。

提案手法

• 空間と時間が事前に存在するのではなく、処理ダイナミクスから生じる分散処理グリッドネットワークを根本的基盤として提唱する。
• 時空を高次元の処理ネットワークに埋め込まれた3次元の超球面としてモデル化し、中心も端もない。
• 時間は離散的処理サイクルの系列として定義され、不可逆的選択が量子の収束を通じて時間の矢を生じさせる。
• 光をノード間接続を伝わる処理波として扱い、物質を処理波の安定したからまりとして扱う。
• 情報理論とコンピュータサイエンスの原則を用いて、時間の遅れや空間の拡張を含む既知の物理学と整合性を保つ。
• オッカムの剃刀と分散システム分野のベストプラクティスを適用し、設計の単純性とスケーラビリティを優先する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分散処理に基づくシミュレーションが、空間、時間、相対性といった我々の物理的宇宙の主要特徴を再現できるか。
• RQ2 現代物理学における矛盾を踏まえると、物理的現実はシミュレーションであるか、客観的現実であるか、どちらがより妥当か。
• RQ3 シミュレーテッド・ユニバース内にいる観測者が、下位の情報処理を検出する方法は何か。
• RQ4 処理ネットワーク内にどのようなメカニズムが、重ね合わせやもつれといった量子行動を生じさせるのか。
• RQ5 事前に存在する空間や時間のない処理グリッドから、「ビッグバン」という概念はどのように生じるのか。

主な発見

• 空間と時間は根本的ではない。離散的処理サイクルとノード間接続から生じる分散グリッドネットワークの結果として生じる。
• 初期宇宙の状態は、単一のノードが超球面に分裂することで生じ、特異点を回避し、中心の欠如を説明できる。
• 時間の矢は不可逆的処理選択によって説明され、量子の収束がこの不可逆性の物理的表現として機能する。
• 真の空虚な空間は存在せず、null処理（活性的だが出力なし）に対応する。これは、真空エネルギーと仮想粒子と整合的である。
• 固定された背景構造を仮定せず、自然に時間の遅れや空間の拡張といった主要な相対論的効果を再現できる。
• 宇宙の情報量総体は保存され、初期の「ビッグバン」は、グリッド全体に広がる自由情報の一度限りの創出である。