迈向内部观察者的物理学：探索外部与内部观察者的角色

在量子力学与相对论中，观察者的概念都起着关键作用。然而，在这些理论中观察者的定义尚无共识。遵循爱因斯坦的思想实验，人们可以问：坐在光子内部或成为光子会是怎样的？何种类型的观察者可以代表光子内部这一更具全局性的视角？为解答这些问题，我们引入内部与外部观察者的概念，重点关注它们在量子理论与相对论中的关系。与内部可观测量超代数相关联的内部观察者，粘合了外部相互作用。受抽象代数拓扑进展的启发，我们提出了内部观察者的数学表示。我们还概述了基于信息论确保观察者一致性的原理。通过对所引入的观察者层级的剖析显而易见的是，纠缠是时空因果关系的原初要素。虽然外部观察者必须遵循与量子力学中无信号原理相关的相对论因果性，内部观察者本质上是非局域的且可能是非因果的。然而，其一致性通过自洽原理的阐述得以维持。本文的目标之一是从可与外部观察者相关联的局部外部可观测量代数构造内部观察者的表示。此外，我们展示了内部与外部观察者的概念如何应用于量子信息论、代数量子场论与圈量子引力领域。内部观察者的概念似乎对于量子引力的进一步发展也是基础的。