[论文解读] The emergence of space and time

Christian Wüthrich|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2018

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 16被引用 7

一句话总结

本文主张，时空可能从量子引力中本质上非时空的量子结构中涌现，并提出时空功能主义是最可行的框架，用以解释为何时空的实证特征可以不以时空为基本前提而产生。它认为，若基本物理理论能功能性地再现所有可观测的时空现象，即使不以时空为基本存在，该理论在实证上依然自洽。

ABSTRACT

Research in quantum gravity strongly suggests that our world in not fundamentally spatiotemporal, but that spacetime may only emerge in some sense from a non-spatiotemporal structure, as this paper illustrates in the case of causal set theory and loop quantum gravity. This would raise philosophical concerns regarding the empirical coherence and general adequacy of theories in quantum gravity. If it can be established, however, that spacetime emerges in the appropriate circumstances and how all its relevant aspects are explained in fundamental non-spatiotemporal terms, then the challenge is fully met. It is argued that a form of spacetime functionalism offers the most promising template for this project.

研究动机与目标

• 解决关于否认基本时空的量子引力理论在实证一致性与本体论充分性方面的哲学疑虑。
• 探究是否可从非时空自由度中功能性地重建时空，而无需依赖实体论或关系论的形而上学。
• 为时空功能主义作为理解量子引力中时空涌现的最有望框架提供辩护。
• 挑战时空是物理现实必要条件的假设，主张时空可能是一种有效且衍生的结构。

提出的方法

• 通过因果集理论和环量子引力的案例研究，说明时空如何从离散的、非时空的结构中涌现。
• 通过将时空定义为其因果与动力角色而非原始时空属性，应用功能主义于时空。
• 评估对功能主义的反对意见，例如“时空僵尸”思想实验，以及在非时空框架中时空概念的非透明性。
• 主张，若基本物理理论在宏观尺度上再现了所有可实验检验的时空特征，则功能主义足以满足实证充分性。
• 拒绝构成主义形而上学——即时空由基本的时空“实在物”构成——而倾向一种更轻量化、无承诺的结构主义本体论。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不损失实证一致性的前提下，将时空功能性地还原为非时空的基本自由度？
• RQ2 何种哲学框架最能容纳量子引力理论中时空的涌现？
• RQ3 一个本质上非时空的世界，如何仍能解释显见世界中的时空特征？
• RQ4 为何在量子引力语境中，时空功能主义优于实体主义或关系主义？
• RQ5 若时空非基本，基本理论必须满足何种约束条件，才能被视为实证充分？

主要发现

• 时空在量子引力中可能并非基本，但若其通过非时空结构的功能性涌现，仍可保持实证充分性。
• 时空功能主义提供了一个可行的形而上学框架，用以解释时空的因果与动力角色如何在无原始时空属性的前提下实现。
• 若两个世界在所有物理与功能属性上完全相同，则“时空僵尸”反对意见不成立，因它们无法在形而上学上相异。
• 功能主义通过聚焦行为与实证可检验性，而非概念清晰性，克服了非透明时空概念的问题。
• 在基本层面缺乏时空并不损害物理理论，只要其在宏观尺度上再现了所有可观测的时空现象。
• 一种摆脱时空偏见的结构主义本体论，最能容纳当前量子引力研究的现状。