[论文解读] Space does not exist, so time can

Fotini Markopoulou|ArXiv.org|Sep 10, 2009

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用 26

一句话总结

该论文认为空间、几何和引力是涌现现象而非基本实体，提出一种无空间的量子引力理论，其中时间保持基本性。通过将时空视为量子自由度集体涌现的结果，该理论通过拒绝空间为真实存在的假设，解决了量子引力中的时间难题，从而在消除几何上的时间永恒性的同时保留了时间。

ABSTRACT

It is often said that in general relativity time does not exist. This is because the Einstein equations generate motion in time that is a symmetry of the theory, not true time evolution. In quantum gravity, the timelessness of general relativity clashes with time in quantum theory and leads to the ``problem of time'' which, in its various forms, is the main obstacle to a successful quantum theory of gravity. I argue that the problem of time is a paradox, stemming from an unstated faulty premise. Our faulty assumption is that space is real. I propose that what does not fundamentally exist is not time but space, geometry and gravity. The quantum theory of gravity will be spaceless, not timeless. If we are willing to throw out space, we can keep time and the trade is worth it.

研究动机与目标

• 通过识别量子引力中的'时间难题'为根植于'空间是基本的'这一错误假设的悖论，来解决该难题。
• 论证时间在基本层面上存在，而空间、几何和引力则从量子动力学中涌现。
• 通过将物质与几何统一为同一基本量子系统的不同方面，重新表述广义相对论和量子引力。
• 表明微分同胚不变性反映的是身处动态宇宙内部的事实，而非基本时间的缺失。
• 建立一个背景独立的量子理论，其中几何从非几何的量子组分中涌现。

提出的方法

• 提出时空几何并非基本，而是从相互作用的量子自由度的预几何量子系统中涌现。
• 使用量子图性（quantum graphity）框架，将时空建模为量子节点的网络，其中几何与物质源自相同的激发。
• 应用涌现原理，表明量子组分的集体行为可导致有效时空与曲率的出现。
• 将爱因斯坦方程重新解释为涌现几何与物质所满足的身份关系，而非基本的动力学方程。
• 通过抛弃空间为真实存在的假设，以基本时间取代惠勒-德维特方程的时间永恒性。
• 不将微分同胚不变性视为时间永恒性的标志，而视其为内部观察者属于动力系统之体现。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何时间难题在量子引力中出现，它是否真的是一个基本障碍？
• RQ2 若广义相对论因微分同胚不变性暗示时间永恒，时间是否仍可为基本？
• RQ3 时空几何是否为基本实体，还是可能从更基本的量子自由度中涌现？
• RQ4 爱因斯坦方程如何可被推导为涌现的身份关系，而非动力学定律？
• RQ5 观察者与背景独立性在真正基本的量子引力理论中扮演何种角色？

主要发现

• 时间难题并非基本问题，而是源于'空间为真实'这一未经证实假设所引发的悖论。
• 基本时间存在，应在量子引力理论中予以保留，而空间与几何则是涌现的。
• 爱因斯坦方程可被理解为由涌现几何与物质所满足的身份关系，而非独立的动力学方程。
• 微分同胚不变性反映的是观察者处于宇宙内部的事实，而非时间永恒性的标志。
• 通过将物质与几何统一为同一量子系统的不同方面，可构建一个背景独立的量子引力理论。
• 在时空涌现的背景下，惠勒-德维特方程的时间永恒性是不物理的，因其假设了用于定义能量与时间的背景几何。