時間の性質は、人間の生活にとって基本的な概念ですが、科学用語ではまだ曖昧であり、新しいポッドキャスト シリーズ「Great Mysteries of Physics」の最初のエピソードで探究されています。
新しいポッドキャストの最初のエピソード、 物理学の偉大な謎、時間の複雑な性質を掘り下げます。 研究者たちは、時間は絶対的なものであるという伝統的な概念に挑戦し、時間が相対的であり空間と絡み合っているという理論を議論しており、この概念は私たちの主観的な経験と矛盾しています。 この矛盾は宇宙のエントロピーの増加に起因すると考えられますが、なぜ宇宙が低いエントロピーから始まったのかは謎のままです。 これを解決するために、専門家は科学方程式から時間を削除することや時計の熱力学を調査することなど、追加の研究を提案しています。
ゆりかごから墓場まで私たちを導く時間の感覚がなければ、私たちの人生はほとんど意味がありません。 しかし、最も基本的なレベルでは、私たちが経験するような時間がそもそも存在するかどうか、物理学者は確信していません。
これは、新しいポッドキャスト シリーズ「物理学の偉大な謎」の最初のエピソードのトピックです。 私、ザ・カンバセーションの科学編集者ミリアム・フランケルが主催し、基礎質問研究所である FQxI がサポートして、時間の性質について 3 人の研究者と話をします。
科学者たちは長い間、時間は絶対的かつ普遍的であり、どこにいても誰にとっても同じであり、私たちとは独立して存在すると考えてきました。 原子や粒子の小宇宙を支配する量子力学では、今でもこのように扱われています。 しかし、大規模な自然に適用されるアルバート・アインシュタインの相対性理論は、時間は絶対的なものではなく相対的なものであることを示しました。たとえば、移動速度に応じて速度が速くなったり遅くなったりすることがあります。 時間も空間と織り交ぜられて「時空」となります。
アインシュタインの理論により、科学者は宇宙を新しい方法で描写できるようになりました。それは、3 つの空間次元 (高さ、幅、深さ) と 4 番目の空間を持つ静的な 4 次元のブロックとして宇宙を描写することです。 このブロックには空間と時間のすべてが同時に含まれており、時間は流れません。 このブロックには特別な現在はありません。ある観察者にとって現在に見えるものは、別の観察者にとっては単なる過去です。
しかし、もしそれが本当なら、なぜ私たちの過去から未来への時間の移動の経験がこれほど強いのでしょうか? 答えの 1 つは、無秩序の尺度であるエントロピーが宇宙で常に増加しているということです。 米国ジョンズ・ホプキンス大学の物理学者ショーン・キャロル氏は、数値を計算してみると、初期宇宙のエントロピーが非常に低かったことが判明すると説明する。 「[The universe] 非常に非常に組織的で、ランダムではありませんでしたが、それ以来、ある種リラックスして、よりランダムでより無秩序になってきました。」 これにより、人間の観察者にとって時間の矢が生まれる可能性があります。
しかし、なぜ宇宙がこれほど低いエントロピーで始まったのかはわかっていません。 キャロルは、それは私たちが多くの異なる宇宙を含む多元宇宙の一部であるためかもしれないと示唆しています。 そのような世界では、統計的に言えば、一部の宇宙は低エントロピーで開始しなければならないでしょう。
一方、カナダのウェスタンオンタリオ大学ロットマン哲学研究所の物理哲学者エミリー・アドラムは、なぜ私たちの宇宙が低エントロピーで始まったのかという謎は、最終的には物理学が存在するという事実に起因する問題であると信じている。当時については憶測が飛び交っている。
「私は個人的に、時間は流れないと言う側にいます」と彼女は説明します。 「これは、私たちがたまたま世界に組み込まれている方法から来る一種の幻想です。」 彼女の直感は、たとえ私たちにはそのように見えなくても、最も基本的なレベルでは、すべてが同時に起こるということです。
アドラムは、時間を理解する最良の方法は、自然理論から時間を完全に取り除くこと、つまり方程式から取り除くことだと主張します。 興味深いことに、物理学者が一般相対性理論と量子力学をあらゆるものの「量子重力」理論に統合しようとすると、方程式から時間が消えることがよくあります。
実験は時間の性質を解明するのにも役立ち、量子力学と一般相対性理論のさまざまな組み合わせをテストするのに役立ちます。 ナタリア・アレス、エンジニア[{” attribute=””>University of Oxford, believes that studying the thermodynamics (the science of heat and work) of clocks may help. “By understanding clocks as machines, there are things that we can understand better about what the limits of timekeeping are,” she argues.
Host:
- Miriam Frankel, Podcast host, The Conversation
Interviewed:
- Emily Adlam, Postdoctoral Associate of the Philosophy of Physics, Western University
- Natalia Ares, Royal Society University Research Fellow, University of Oxford
- Sean Carroll, Homewood Professor of Natural Philosophy, Johns Hopkins University
This article was first published in The Conversation.