[论文解读] The Nature of Time

Julian Barbour|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2009

Quantum Mechanics and Applications参考文献 6被引用 115

一句话总结

本文认为，时间作为基本概念在物理学中是冗余的；相反，持续时间和钟表行为源自支配变化的更深层次的、无时间的定律。通过重新诠释经典动力学，本文表明时间并非基本变量，而是动力系统中涌现的特征，从而在理解物理学中时间现象的基础层面实现根本性转变。

ABSTRACT

A review of some basic facts of classical dynamics shows that time, or precisely duration, is redundant as a fundamental concept. Duration and the behaviour of clocks emerge from a timeless law that governs change.

研究动机与目标

• 通过质疑时间作为基本概念的必要性，挑战时间在经典动力学中的基础性作用。
• 研究持续时间和时间测量是否可从无时间的底层定律中推导出来。
• 以一种消除时间作为基本变量的方式重新表述经典力学。
• 探讨钟表和时间感知如何从无时间的动力学定律中产生。
• 提供一个时间并非基本而是从更深层次物理原理中涌现的概念框架。

提出的方法

• 从无时间的视角分析经典动力学，聚焦于变量之间的关系而非时间中的演化。
• 使用不依赖时间参数的关联不变量来重新表述物理定律。
• 证明可测量的持续时间和钟表行为可从这些无时间关系中推导出来。
• 使用不引用时间作为背景的数学结构来编码变化。
• 应用物理定律应独立于任何特定时间参数的原则。
• 确立物理系统的运动行为可完全在不引入时间作为基本实体的前提下描述。

实验结果

研究问题

• RQ1 时间能否在经典动力学中被消除为基本概念？
• RQ2 可测量的持续时间和钟表行为如何从无时间的动力学框架中涌现？
• RQ3 在无基本时间变量的框架下表述物理理论会产生何种影响？
• RQ4 经典力学中的关系不变量以何种方式导致时间的表观出现？
• RQ5 是否可能在不引用时间作为背景参数的前提下描述物理变化？

主要发现

• 时间并非经典动力学中的基本概念；相反，持续时间源自无时间的底层定律。
• 钟表和时间测量并非基本量，而是动力系统关系结构的产物。
• 物理系统的运动行为可完全在不引入时间作为背景参数的前提下描述。
• 经典动力学可被重新表述为消除时间作为基本变量，同时保留所有可观测现象。
• 在此框架中，持续时间的概念成为衍生量而非基本量。
• 本文证明，时间的表观出现是受无时间定律支配的动力系统中涌现的特征。