その先 ／ 06
まだ答えの
出ていない問い
ここまでで、時間がどう振る舞うかは、かなり具体的に辿れた。だが最初の問い——そもそも時間とは何なのか——には、まだ届いていない。むしろ、辿ったことでその問いの輪郭のほうがはっきりしてきた。最後に、確かめられたことと、開いたままのことを並べ直しておく。
確定に近い、と言えること
- 時間は、宇宙全体に一律に流れる絶対的なものではない。
- 速く動くほど、その物体が経験する時間は短くなる。
- 重力の強い場所ほど、時間はゆっくり進む。
- 「時間が遅れる」は本人の体感ではなく、再会したときの時計の差として現れる。
- 時間と空間は切り離せず、符号の違う方向として一つの時空をなす。
- 光速が誰から見ても一定であることが、その相対性の出発点になっている。
- 重力と時間の遅れは別々の現象ではなく、時空の構造という共通の枠組みから出てくる。
ここまでは、実験でも実用でも確かめられている。GPSは毎日この理論の上で動いているし、ミュー粒子は今も地上に降ってきている。
ただし、確かめられているのはすべて振る舞いだ。時間がどう伸び縮みし、どんな構造の一部なのかは分かった。時間そのものが何であるかは、一度も答えられていない。
四つの「時間」は、同じものなのか
調べていて気づいたのは、分野ごとに「時間」という言葉の指しているものが、かなり違うということだった。
| どこでの時間か | そこでの扱われ方 |
|---|---|
| 相対性理論 | 空間と一体になった、曲がりうる舞台そのもの。場所と運動によって進み方が変わる。向きは持たない。 |
| 量子力学 | 舞台の外から一様に流れる外部パラメータ。位置や運動量と違い、観測される量ですらない。 |
| 熱力学・宇宙論 | エントロピーが増える向きとして定義される、向きを持った時間。宇宙の歴史そのもの。 |
| 脳が感じる時間 | 脳が構成している体験。集中すれば短く、退屈すれば長い。「いま」という感覚を伴う。 |
この四つが同じ一つのものの別の側面なのか、それとも別々のものに同じ名前がついているだけなのか。そこがまだ分からない。
問い① 時間に、向きはあるのか
私たちは、過去から未来へという向きを疑わない。ところが物理法則のほうには、その向きがほとんど書かれていない。
ニュートンの運動方程式も、マクスウェルの方程式も、一般相対性理論の方程式も、時間の符号を逆にしてもそのまま成り立つ。ビリヤードの球が衝突する映像を逆再生しても、物理法則に反した動きは一つも見つからない。素粒子の世界でごくわずかな非対称が知られてはいるが、日常の不可逆性を説明できる大きさではない。
いま有力な説明は、法則ではなく初期条件に向きの起源を求めるものだ。宇宙は極端にエントロピーの低い状態から始まった。だから、そこから先はエントロピーが増える方向にしか進めない。私たちが「未来」と呼んでいるのは、エントロピーが大きいほうの向きなのだ、と。
これは強力な説明だが、問いを一段ずらしてもいる。なぜ宇宙は、あれほどエントロピーの低い状態から始まったのか。そこはまだ分かっていない。
問い② 時間は、本当に存在するのか
第2部で見た「同時の相対性」には、厄介な帰結がついてくる。「いま、宇宙の向こうで何が起きているか」の答えが立場によって違うなら、宇宙全体に共通する「いま」という断面は存在しないことになる。
そこから、時空の過去も未来も全部が等しく存在しているのだ、という見方が出てくる。ブロック宇宙と呼ばれる考え方だ。この立場では、時間が「流れる」ということ自体が起きていない。世界線は最初から最後まで描かれていて、私たちはその線に沿って自分を見つけているだけになる。
対する立場は、いまこの瞬間だけが実在するというもので、こちらも根強い。どちらが正しいかは、いまのところ実験で決着がついていない。相対性理論はブロック宇宙と相性がいいが、それを証明しているわけでもない。
さらに奇妙な話がある。重力を量子論で扱おうとしたときに出てくる基本方程式のひとつには、時間を表す項がそもそも現れない。宇宙全体を一つの量子系として書くと、式が静止してしまう。そこで、時間は根源的なものではなく、宇宙の部分どうしの相関から現れてくるものではないか、という仮説が立てられている。時計とは、宇宙の他の部分と関係を持ったときに初めて意味を持つ量なのではないか、と。
この方向はまだ仮説の段階で、実験で確かめられたものではない。ただ、「時間はそもそも基本的な要素ではないかもしれない」という可能性が、まじめな選択肢として置かれていること自体が、最初に思っていた時間像からはずいぶん遠い。
問い③ なぜ、流れていると感じるのか
物理学の方程式のどこにも、「流れ」は書かれていない。世界線があり、固有時があり、事象の順序がある。しかし「いま」がどこかを指す量も、それが動いていく仕組みも、方程式の中には見当たらない。
それでも私たちは、時間が確かに流れていると感じている。この落差がどこから来るのかを問うと、話は物理学から出て、脳の側へ移っていく。記憶は過去の方向にしか蓄積されず、予測は未来の方向にしか立てられない。その非対称が、そのまま「流れ」の感覚を作っているのかもしれない。
もしそうなら、時間の流れは世界の性質ではなく、世界を処理する側の性質だということになる。そこまで行くと、これは物理学の問いではなくなる。
問い④ 始まりより前に、時間はあったのか
宇宙は約138億年前に始まった、と言われる。では、その前には何があったのか。
この問いには「前という言葉が使えない可能性がある」という答え方がある。時間が空間と一体の構造なら、その構造そのものが宇宙の始まりとともに現れたのかもしれない。だとすれば「始まりより前」は、北極点より北を探すようなもので、問いの形が成立していないことになる。
納得しきれるかというと、しきれない。ただ、少なくとも「時間という容器が先にあって、そこに宇宙が置かれた」という素朴な絵は、ここまでの話とは合わない。
開いたままの問い
持ち越す問い
- そもそも「時間」は本当に存在するのか。
- 「時間が流れる」のは物理現象なのか、人間の認識なのか。
- 時空は何でできているのか。
- なぜ質量・エネルギーが時空を曲げるのか。
- ブラックホールの内部では、時間と空間は具体的にどうなっているのか。
- 相対性理論と量子力学の時間は、どうすれば一つにできるのか。
- 宇宙の始まりより前に、時間は存在したのか。
- 時間には本当に「過去→現在→未来」という向きがあるのか。
- なぜ私たちは、時間が流れていると感じるのか。
始める前と、いま
時間は誰にとっても同じように流れている。空間と時間は別々のもの。速く動くと時間が遅れるらしいが、理由はよく分からない。
時間は宇宙に一つだけある絶対的な時計ではなく、時空の構造の中で、物体の運動と重力環境によって異なる経過をするもの。
変わったのは、答えというより問いの位置のほうだった。「なぜ速く動くと時間が遅れるのか」は、光速不変という一点まで掘り下げれば、ほぼ解けた。そのかわり、「なぜ宇宙はそのような時空なのか」「そもそも時間とは何なのか」という、もっと根の深い問いが残った。
この先へ進むなら、量子力学の側から時間を見ることと、脳が時間をどう作っているかを見ること。その二つが、次の入口になりそうだ。