PHYSICS · TIME
時間
時間は、誰にとっても同じではなかった。
壁の時計も、腕の時計も、遠くの街の時計も、同じ速さで進んでいる。時間とは世界にひとつだけ掛かっている大きな時計で、私たちはその下でそれぞれの一生を過ごしている。そう考えるのが自然だった。
ところが相対性理論は、そうではないと言う。速く動けば時間は遅れる。重力の強い場所でも時間は遅れる。では、なぜそんなことが起きるのか。掘っていくと、たった一つの奇妙な事実に行き着いた——光の速さは、誰から見ても同じである。このノートは、その一点から時間を組み立て直していく記録だ。
「なぜ？」を掘ると、一本の筋が出てくる
速く動くと時間が遅れる、と聞いても納得はできない。なぜ速さが、時間などという別のものに影響するのか。その「なぜ」を一段ずつ掘っていくと、意外なことに、話はどんどん単純なほうへ向かっていった。
時間が遅れるのは、時計の機械が狂うからではない。人間の感覚が鈍るからでもない。光の速さを誰から見ても同じに保とうとすると、時間と空間の測り方そのものが観測者ごとに変わらざるをえない。それだけのことだった。そして時間と空間がそこまで絡み合っているなら、二つを別々に扱うのをやめて、ひとつの「時空」として見たほうがいい——という話になる。
このノートの歩き方
いきなり「時間とは何か」という哲学の問いに飛びつかず、まず物理学が時間をどういう構造として扱っているのかを、下から順に見ていく。第1部から第3部までは一本道で、前の章の言葉だけで次の章が読めるように組んである。
数式は、意味が変わってしまう場所にだけ置いた。読み飛ばしても筋は切れない。
第1部 特殊相対性理論 動くと、なぜ時間が遅れるのか 01 光の速さは、誰から見ても同じ ・ 02 なぜ、速く動くと時間が遅れるのか 第2部 時空 空間と時間は、切り離せない 03 XYZ に T を足しただけではない — 世界線と固有時 第3部 一般相対性理論 重力とは、時空の曲がりのことだった 04 重力は、時空の曲がり ・ 05 ブラックホール先に、答えが出ないことを書いておく
このノートを最後まで読んでも、最初の問いには答えが出ない。相対性理論が教えてくれるのは、時間がどう振る舞うかであって、時間が何であるかではないからだ。
光速がなぜ一定なのかも、質量がなぜ時空を曲げるのかも、この理論の内側では説明されない。それらは出発点として置かれた「宇宙はそういうものだ」という前提で、そこから先は数学が正確に答えてくれる。前提そのものの理由を問うと、物理学のもっと根の深い問題に出てしまう。
残る問い
- なぜ宇宙は、光速が一定であるような時空の構造をしているのか。
- 時間は本当に存在するのか。それとも「流れている」という感覚のほうが、脳の作り出したものなのか。
- 相対性理論の時間と、量子力学の時間は、なぜ噛み合わないのか。
- 宇宙の始まりより前に、時間はあったのか。
それでも、途中までは驚くほど具体的に辿れる。どこまでが実験で確かめられていて、どこから先が解釈や仮説なのか。その境目が自分で見えるようになること——それを、このノートの到達点にしている。