[论文解读] Temporal relationalism

Lee Smolin|arXiv (Cornell University)|May 31, 2018

Quantum Mechanics and Applications被引用 4

一句话总结

本文提出时间关系主义（temporal relationalism），一种实在论框架，其中时间、因果性、能量和动量为基本概念，而空间、时空和量子力学则为涌现现象。通过将宇宙建模为一种基于最大多样性原则演化的能量因果集，该理论在热力学极限下重现了广义相对论，并为量子引力与量子基础提供了以时间为基本量的关联性基础。

ABSTRACT

Because of the non-locality of quantum entanglement, realist approaches to completing quantum mechanics have implications for our conception of space. Quantum gravity also is expected to predict phenomena in which the locality of classical spacetime is modified or disordered. It is then possible that the right quantum theory of gravity will also be a completion of quantum mechanics in which the foundational puzzles in both are addressed together. I review here the results of a program, developed with Roberto Mangabeira Unger, Marina Cortes and other collaborators, which aims to do just that. The results so far include energetic causal set models, time asymmetric extensions of general relativity and relational hidden variables theories, including real ensemble approaches to quantum mechanics. These models share two assumptions: that physics is relational and that time and causality are fundamental.

研究动机与目标

• 通过在单一关联性框架下统一量子力学与量子引力，解决其基础性问题。
• 确立时间与因果性为基本概念，拒绝时间从无时间理论中涌现的观点。
• 从更深层、更基本的动力学中推导出量子力学与广义相对论作为涌现现象。
• 通过关联性隐变量与系综理论解决量子力学中的测量问题与非定域性。
• 表明时空几何与爱因斯坦方程可从能量因果集的热力学极限中涌现。

提出的方法

• 将宇宙建模为一种能量因果集，其中事件通过因果顺序关联并携带能量，形成因果关系网络。
• 应用最大多样性原则，选择关系配置中多样性最高的形式，以支配因果集的动力学。
• 采用雅各布森-帕德马纳布汉风格的热力学推理，从因果集的熵与能量结构推导出爱因斯坦方程。
• 通过真实系综方法引入关联性隐变量，其中每个系统的演化受宇宙中所有相似系统的影响。
• 构建一种观点的因果理论，其中每个事件的“观点”由其因果邻域定义，观点的相似性决定有效局域性。
• 通过宇宙自然选择与优先性原理探索演化定律，使定律在元动力学理论中随时间变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否构建一种时间作为基本量、空间与时空为涌现现象的理论？
• RQ2 在能够解决非定域性与测量问题的实在论框架中，如何完成量子力学？
• RQ3 能否在不预先假定时空的前提下，从离散、因果、能量结构中使广义相对论涌现？
• RQ4 在能量与动量并非由对称性导出的基本理论中，它们扮演何种角色？
• RQ5 最大多样性原则如何导致量子行为与相对论性时空的涌现？

主要发现

• 在满足四个特定原则（包括要求量子时空必须由此类模型描述）的条件下，爱因斯坦方程可从能量因果集的热力学极限中推导而出。
• 最大多样性原则——即最大化相似系统间观点的多样性——导致一种与德布罗意-玻姆量子势密切相关的结构，暗示了量子效应的动力学起源。
• 可在该框架内构建并研究关联性隐变量，其定义为粒子对之间的共享属性，为标准量子力学提供一种实在论替代方案。
• 该理论实现了以时间为基本量的视角，其中“当下”是一个因果连接事件的厚实、不断增长的区域，通过洛伦兹不变性的涌现解决了与狭义相对论的冲突。
• 通过宇宙自然选择与优先性原理建模演化定律，为元定律困境（即定律本身如何演化）提供了可能的解决方案。
• 将真实系综量子力学与能量因果集结合，自然涌现出一种观点的因果理论，其中实体（beables）为单个事件的因果视角。