[论文解读] Bridging the neuroscience and physics of time

Dean V. Buonomano, Carlo Rovelli|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2021

Psychological and Temporal Perspectives ResearchPsychology被引用 17

一句话总结

本文通过神经科学家（迪安·布佐马诺）与理论物理学家（卡洛·罗韦利）之间的对话，弥合了神经科学与理论物理之间的鸿沟，探讨了时间的本质。他们研究了大脑中主观时间感知与物理学中时间的根本作用之间的契合，提出两个领域可能在更深层次上达成共识：时间并非绝对，而是关系性和动态的。

ABSTRACT

As a neuroscientist and a theoretical physicist, both working on time, we have decided to open a direct dialogue to examine if the apparent discrepancies regarding the nature of time can be composed.

研究动机与目标

• 调和神经科学中时间的主观体验与物理学中时间的客观几何处理之间的明显矛盾。
• 探讨大脑的时间处理机制在多大程度上可为或与物理学中的时间基础理论相契合。
• 研究时间是否并非基本背景，而是从大脑功能与量子引力中的关系性过程中涌现。
• 促进神经科学与理论物理学在时间本质问题上的跨学科对话。
• 提出一个统一的概念框架，其中时间是关系性和动态的，源于物理与神经过程。

提出的方法

• 通过神经科学家与理论物理学家之间的直接、结构化对话，比较双方对时间的观点。
• 借鉴神经科学中关于神经编码与大脑时间整合的研究成果，与量子引力等基础物理理论进行对比。
• 应用卡洛·罗韦利的关系量子力学理论及时间作为关系性概念，来解释神经时间处理。
• 利用神经时间感知的现象学模型，探索其与广义相对论和量子力学中时间的类比。
• 分析大脑内部时钟与记忆系统如何反映一种类似背景无关的量子引力中时间的‘涌现时间’形式。
• 将时间不视为固定参数，而是作为神经与物理系统中关系性、观察者依赖的现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 大脑的主观时间体验如何能与物理学中客观的几何化时间处理相调和？
• RQ2 神经时间感知机制在多大程度上反映了量子引力中发现的关系性或动态性时间特征？
• RQ3 物理学中作为关系性的时间概念能否为神经时间处理与感知模型提供启示？
• RQ4 神经计时与时间基础物理理论之间是否存在共享的结构或功能原理？
• RQ5 是否存在一个共同框架，使时间在神经科学与物理学中均从关系性过程中涌现？

主要发现

• 本文提出，神经科学与物理学中的时间可能均非基本量，而是从关系性过程中涌现。
• 基于动态、分布式编码的神经时间感知，与罗韦利关系量子力学中的时间关系性特征相呼应。
• 大脑内部时钟与记忆系统表明，时间体验是非均匀且依赖语境的，这与时间作为关系性而非绝对性的观念一致。
• 作者认为，两个领域均可从采用时间的关系性视角中受益，即时间并非背景，而是由相互作用产生。
• 神经科学与物理学在时间问题上的差异可能源于不同描述层次，而非根本不相容。
• 该对话表明，通过整合神经动力学与时间基础物理理论，可能形成对时间的统一理解。