[论文解读] Process Physics: From Quantum Foam to General Relativity

Reginald T. Cahill|ArXiv.org|Mar 5, 2002

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect参考文献 37被引用 17

一句话总结

本文提出，空间、时间、量子力学和广义相对论均源自一个自组织的语义信息体系，该体系被建模为一个自指受限的神经网络。其主要贡献在于表明广义相对论并非基本理论，而是由两种不同效应共同产生的现象学构造：一是量子泡沫对物质的类引力响应，二是经典测量协议；而量子引力则根植于过程空间泡沫的涌现量子同伦场论。

ABSTRACT

Progress in the new information-theoretic process physics is reported in which the link to the phenomenology of general relativity is made. In process physics the fundamental assumption is that reality is to be modelled as self-organising semantic (or internal or relational) information using a self-referentially limited neural network model. Previous progress in process physics included the demonstration that space and quantum physics are emergent and unified, with time a distinct non-geometric process, that quantum phenomena are caused by fractal topological defects embedded in and forming a growing three-dimensional fractal process-space, which is essentially a quantum foam. Other features of the emergent physics were: quantum field theory with emergent flavour and confined colour, limited causality and the Born quantum measurement metarule, inertia, time-dilation effects, gravity and the equivalence principle, a growing universe with a cosmological constant, black holes and event horizons, and the emergence of classicality. Here general relativity and the technical language of general covariance is seen not to be fundamental but a phenomenological construct, arising as an amalgam of two distinct phenomena: the `gravitational' characteristics of the emergent quantum foam for which `matter' acts as a sink, and the classical `spacetime' measurement protocol, but with the later violated by quantum measurement processes. Quantum gravity, as manifested in the emergent Quantum Homotopic Field Theory of the process-space or quantum foam, is logically prior to the emergence of the general relativity phenomenology, and cannot be derived from it.

研究动机与目标

• 通过重新诠释引力并非时空弯曲，而是量子泡沫动力学的涌现效应，来统一量子力学与广义相对论。
• 通过用语义性、信息论框架取代几何模型，来解决经典物理的基础性局限，包括测量问题和时间的本质。
• 证明广义协变性和时空并非基本概念，而是源自量子泡沫行为与经典测量协议的融合。
• 表明量子引力在逻辑上先于广义相对论，并从分形的、基于过程的信息系统的自组织动力学中涌现。
• 在非几何、非还原论的现实模型中，提供惯性、时间膨胀、黑洞和宇宙学常数的因果解释。

提出的方法

• 将现实建模为一个通过内部语义信息处理演化的自指受限神经网络，不预设几何结构或物理定律。
• 利用自指噪声作为负熵的来源，驱动秩序的涌现，包括时空与量子现象。
• 将广义相对论的现象学作为有效描述推导出来，其来源为两个部分：量子泡沫向物质的类引力扩散，以及经典测量协议。
• 表明所得到的时空结构的曲率并非引力的原因，而是测量协议的产物，且被非局域量子过程所违反。
• 将量子引力表述为过程空间（量子泡沫）的涌现量子同伦场论，独立于广义协变性。
• 将玻恩量子测量元规则作为系统自指结构的后果，解释波函数坍缩为语义信息处理的结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 广义相对论能否被推导为一种涌现现象学，而非基本理论？
• RQ2 如果引力并非时空弯曲，其根源是什么？它与量子泡沫动力学有何关联？
• RQ3 时间如何作为与空间不同的非几何、基于过程的现象而涌现？
• RQ4 为何量子测量产生概率性结果？这如何从一个自指信息体系中产生？
• RQ5 自指噪声在根本上为句法系统的秩序与负熵生成中扮演何种角色？

主要发现

• 广义相对论并非基本理论，而是量子泡沫动力学与经典测量协议的现象学融合，时空曲率是后者的产物。
• 量子引力无法从广义相对论推导，而是根植于分形的、基于过程的量子泡沫的涌现量子同伦场论。
• 等效原理与惯性自然地源于过程空间的自组织动力学，无需事先假设几何定律。
• 时间是一种独立的、非几何的过程，经验中的‘当下’源于自指噪声，与确定性时空模型相矛盾。
• 玻恩规则与量子测量结果作为系统语义性、自指结构的后果而涌现，从而解决了测量问题。
• 宇宙学常数与黑洞事件视界是不断增长的、分形的过程空间的涌现特征，与观测现象学一致。