[论文解读] Simulating space and time

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

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一句话总结

本文提出空间与时间源自一个分布式处理节点网格网络，其中物理现实——包括空间、时间、物质与能量——作为信息处理的动态输出而涌现。该模型将时空模拟为嵌入高维处理网络中的三维超球面，时间表现为离散的处理周期，光表现为处理波的传播，量子坍缩则作为不可逆选择的体现，从而从信息理论基础出发，为相对论与量子力学提供统一框架。

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".

研究动机与目标

• 探究基于信息处理的模拟宇宙是否能够再现空间与时间的观测特性。
• 通过摒弃客观现实的假设并以处理作为基本基底，调和量子力学与相对论。
• 提出一个计算上可行的模型，使空间、时间、物质与能量均从离散处理节点的网格网络中涌现。
• 并非通过证明模拟假说为真来检验它，而是验证此类模型能否再现已知的物理定律与现象。

提出的方法

• 提出分布式处理网格网络作为基本基底，其中空间与时间并非预先存在，而是从处理动力学中涌现。
• 将时空建模为嵌入高维处理网络中的三维超球面，且无中心或边界。
• 将时间定义为一系列离散处理周期，不可逆选择通过量子坍缩赋予时间之箭的含义。
• 将光视为处理波在节点连接间传播的波，将物质视为处理波的稳定纠缠结构。
• 运用信息论与计算机科学原理，确保与已知物理规律的一致性，包括时间膨胀与空间膨胀。
• 应用奥卡姆剃刀原则与分布式系统最佳实践，以优先考虑设计的简洁性与可扩展性。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于分布式处理的模拟能否再现我们物理宇宙的关键特征，如空间、时间与相对论？
• RQ2 在现代物理学存在矛盾的背景下，物理现实更可能是一种模拟还是客观现实？
• RQ3 模拟宇宙中的观察者如何能探测到底层信息处理的迹象？
• RQ4 在处理网络中，何种机制可导致量子行为，如叠加与纠缠？
• RQ5 在缺乏预先存在的空间与时间的前提下，'大爆炸'概念如何从处理网格中自然涌现？

主要发现

• 空间与时间并非基本量，而是源自分布式网格网络中离散处理周期与节点连接的涌现。
• 宇宙的初始状态源于单个节点分裂为超球面，避免了奇点，并解释了无中心的特性。
• 时间之箭由不可逆处理选择解释，量子坍缩即为此不可逆性的物理体现。
• 真空并非真正空无一物，而是对应于空载处理——活跃但无输出——与真空能量及虚粒子一致。
• 该模型自然再现了关键的相对论效应，如时间膨胀与空间膨胀，且无需假设固定背景结构。
• 宇宙的总信息量守恒，初始的'大爆炸'是一次性创造自由信息，并在网格中扩展。