時間
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時間（じかん）とは物事の変化を計るための概念、物差しである。 我々が生きる日常の世界は空間 3 次元と時間 1 次元からなるとする説もある。（時空）
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[編集] 自然科学での時間
[編集] ニュートン力学での時間
ニュートン力学においては時間は過去から未来へとどの場所でも常に等しく進むもので、空間と共に、現象が起きる固定された舞台を成すものである。 この固定された舞台を絶対空間および絶対時間とも呼び、時空を合わせて4次元の直交デカルト座標で表すことができること、および均一で平坦なユークリッド空間であることが暗黙に仮定されている。
[編集] 相対性理論での時間
ニュートン力学においては時間は全宇宙で同一だが、アインシュタインの相対性理論ではそうではない。
特殊相対性理論によれば光の速度はどの慣性系に対しても一定である。これを光速度不変の原理と呼ぶ。光速度不変の原理から異なる慣性系の間の時空座標の変換式が求められ、それはローレンツ変換となる。このとき、ある慣性系から見て空間上の異なる地点で同時に起きた事象は、異なる慣性系から見ると同時に起きてはいない。これを同時性の崩れという。結果として、観測者に対して相対運動する時計は進み方が遅れて見える。
一般相対性理論によれば重力と加速度は等価であり(等価原理)、これらは空間と共に時間をも歪める。一般に重力ポテンシャルの低い位置での時間の進み方は、高い位置よりも遅れる。例えば惑星や恒星の表面では宇宙空間よりも時間の進み方が遅い。非常に重力の強いブラックホールや中性子星ではこの効果が顕著である。
[編集] 時間の単位
現在使われている時間の単位には、秒、分、時間、日、週、月、年、世紀などがある。さらなる説明はカテゴリー「時間」のサブカテゴリー「時間の単位」の各項目に詳しい。単位系の違いや測定精度の進歩については項目「時刻」に詳しい記事がある。
国際単位系では時間の基本単位として秒を定義しており、2006年現在、「1秒はセシウム133原子（133Cs）の基底状態にある二つの超微細準位間の遷移に対応する放射の 9,192,631,770（約100億）周期にかかる時間」と定義されている。
これらの時間単位は、自然界の周期的な運動(現象)の周期をもとにして決める事が出来る。例えば、地球の自転(1日を決める)、公転(1年を決める)、月の公転(太陰暦での1月を決める)などがそれにあたり、古来から用いられてきた。後に振り子などの周期運動を用いた時計が開発された。
測定技術の進歩により、それらの運動は周期が一定していない事が明らかにされ、より精密な、原子の発する電磁波の周波数によって決定する事となった。これが原子時計の原理である。
[編集] 時間の速さ
現在の我々は、時間は常に一定の速さで過ぎるもので、それに合わせて様々な現象の進行速度や周期の長さが計れると考えている。だが観測的には我々は、ある周期現象(天体の周期運動、振り子の揺れ、水晶子の振動、電磁波の振動など)の繰り返しの回数を他の現象と比較できるだけであり、何か絶対的な時間そのものの歩みを計れるわけではない。またこのような常に一定の速さで過ぎる時間という概念は、ガリレオ・ガリレイによる振り子の等時性の発見とその後の機械式時計の発達以降の近代において優勢になったとも言われる。それ以前には、例えば不定時法(「時刻」参照)はよく使われていた。
場所により時間の流れる速さが異なるという考えは古代からある。例えば仏教の世界観では「下天の1日は人間界の50年に当たる」と言われている。また一般相対性理論によれば重力ポテンシャルが異なる場所では時間の流れる速さは異なる。
また人が感じる主観的な時間の速さは、気分、年齢等により変化すると言われる。
生物個体の生理反応速度が異なれば主観的な時間の速さは異なると考えられる。例えば生物種間の時間感覚の相違については本川達雄の「ゾウの時間、ネズミの時間」に詳しい。ロバート・L・フォワード作の「竜の卵」に登場するチーラ人は人間より百万倍ほど速い時間感覚を持つと設定されている。
[編集] 時間の向き
我々の住む物理的空間は全方位で等方的だが、時間軸には過去と未来という異なる方向がある。言い換えれば、空間は各方向軸が反転対称だが時間は反転非対称であり過去と未来の向きを入れ替えることはできない。これを時間の矢、時の流れ、などと表現する。これは経験的には明らかに見えるが、物理学の基本法則を表す方程式は全て時間反転対称であるため、時間の向きが何から定まるのかは大きな謎となる。
ニュートン力学でも相対性理論でも量子力学でも、物理学の基本法則はひとつの粒子の運動を記述する方程式で表されており、これは時間反転に対して対称である。つまりひとつの粒子の運動を映したフィルムを逆回しにして見たとしても、元の映像と比べてどちらが正しい向きかを区別することができない。複数の粒子の運動では粒子間の相互作用(万有引力、電磁気力など4つの力)が付け加わるが、それを記述する方程式もまた時間反転に対して対称であり、状況は変わらない。
だが非常に多数の粒子系を記述する熱力学には時間非対称な法則、熱力学第二法則がある。これは、「閉鎖系内のエントロピーは時間と共に増大するか変化しない」また「ある系は自由エネルギーの低い方へ変化する」と言い表される。ここから逆に熱力学第二法則が時間の向きを決めているという仮説が唱えられた。箱の中の多数の粒子が最初に狭い範囲に集まっていてランダムな運動量を持つ場合、その運動を撮影すれば時間と共に箱の中に均一に散らばって行く。これがエントロピー増大の一例である。ここでフィルムを逆回しすれば最初に均一だった粒子が一箇所に集まる運動が見られ、常識的には明らかに時間が逆転していると判断できる。
量子力学の観測問題におけるコペンハーゲン解釈では観測の瞬間に波動関数の収束が起きるとされるが、この場合にも観測の前後で時間反転に対して非対称となる。
[編集] 時間の構造
現代人が通常考える時間やニュートン力学における時間は、無限の過去から無限の未来へ続く直線であり、これは数直線と同型である。また相対性理論においても一人の観測者が感じる時間、すなわちひとつの質点に固定された時計が計る時間(固有時)は、同様に数直線と同型である。だが他の構造の時間を考えることもできる。
[編集] 円環時間
過去と未来のどこか一点同士がつながっていれば時間の構造は円となる。この場合、歴史は全く同じ現象を何度でも繰り返すことになる。このような厳密な意味での円環時間の考えは、例えばニーチェの永劫回帰思想に見られる。全く同じ歴史が繰り返されるのではなく各繰り返しごとに少しずつ異なるという考えもあり、その場合は円環構造というよりは螺旋構造と言える。古代インドや古代ギリシャで見られるとされる円環時間の考えは、むしろこのような厳密には少しずつ異なる繰り返しであることが多いようである。
だが「直線的時間vs円環時間」と言った場合は、上記の純粋に幾何学的構造の違いとは別に、異なる歴史観の対比を指すことが多い。すなわち「歴史と共に人類の文明は進歩し続ける」、「歴史と共に人は神の国に近ずく」というような見方を表すのが直線的時間であり、「時を経ても社会は同じような形態を繰り返すだけ」、「太陽の下に新しいことは何もない」というような見方を表すのが円環時間である、と表現される。この文脈では螺旋構造の時間は「似たような状態を繰り返しつつも次第に進歩する」または「一進一退を繰り返しつつも次第に進歩する」という見方になる。
SF作品の中には、通常の時間の流れから切り離された部分的な円環時間の中に閉じこめられる、というアイディアが登場するものがある。
[編集] 時間の両端
時間が無限の過去から無限の未来へ続くのではなく、始まりと終わりのある有限なものという考えもある。直線ではなく線分と考えるのだが、これはむしろ世界や宇宙の始まりと終わりを考えることと同じことになる。世界各地の神話における世界の始まりについては「天地創造」と「天地開闢」に詳しい。また世界の終わりについては「終末論」に詳しい。「宇宙論」も参照のこと。
[編集] 分岐時間
現在という時点において未来の可能性はいくつもあるが、時が過ぎればその可能性の中のひとつだけが現実化して過去となる。これが通常の時間観だが、この可能性の全てまたはいくつかが存在するとするのが分岐時間の考えである。分岐時間の構造は過去から未来へと分岐が増える樹形構造になる。分岐後は複数の異なる歴史の世界が同時進行しているのだが、これらの同時進行する世界同士を互いに並行宇宙または並行世界であると言う。
タイムトラベルを扱ったSFでタイムパラドックスの解消のために分岐時間が使われることが多い。量子力学の観測問題の解決のためのひとつの仮説である多世界解釈も分岐時間の考えを使っている。
[編集] 不連続な時間
現代人が通常考える時間は連続体であり、実数で表せる。つまりいくらでも短い時間間隔が存在すると考えている。だが物質の最小単位として原子や素粒子があるように、時間にも最小単位があるのではないかとも考えられる。例えば映画フィルムのように一コマ以下の時間は存在しないという考えである。物理学ではこの最小時間間隔をプランク時間と呼ぶ。また、いくらでも短い時間間隔が存在するとした場合にはゼノンのパラドックスが生じるとの考えもありうる。
[編集] 虚数時間
スティーヴン・ホーキングとジェームズ・ハートルは1983年に発表した無境界仮説において、複素数にまで拡張した時間を計算に使用した。ここから、宇宙の始まりでビッグバン以前の時間が虚数であれば時間的特異点が解消されるとも主張した。なお、相対性理論では時間軸の単位として虚数表現ictを使うことがありこれを虚時間とも言うが、これは無境界仮説での虚数時間とは別のものである。
[編集] 時間の操作
[編集] 時間進行を操る
時間の進行を速くする、遅くする、停止するというアイディアは昔から見られる。例えば浦島太郎、リップ・バン・ウィンクルのように特定の場所や状況で時間の進行が異なるという昔話がある。現在の科学でわかっている範囲で原理的に可能な方法としては、相対性理論を応用して、亜光速の宇宙船に乗る、ブラックホール等の重力ポテンシャルの異なる場所を通るという方法がある。
時間そのものの進行を変えるのではないが、特定の化学反応や生理反応を遅くすることは現実にも可能である。例えば、冷凍保存、人工冬眠といったものがある。昔話の眠れる森の美女もこのアイディアである。
[編集] 時間進行を逆転する
ある物体や場所など宇宙の一部分のみの時間を逆転できれば、壊れた物を元に戻したり、死人をよみがえらせたり、無くしたものを取り戻したりできる。
[編集] 時間軸を移動する
時間軸を空間の座標軸と同様に表現して見れば、空間を移動するのと同様に時間軸方向に自在に移動できないかというアイディアが生まれる。このアイディアの初期のものとしてはウェルズの小説タイムマシンが有名である。詳細はタイムトラベルの項目を参照してほしい。
[編集] 時間を隔てた観測
過去や未来の現象を直接観測することは現在知られている科学では原理的にできない。過去に起きたことや未来の可能性を知るのは、あくまでも現在の観測に基づいた推測によるのである。特に未来の直接観測は予知や予言と呼ばれる。タイムトラベルとは異なり過去や未来に直接関与するのではないが、いわば情報のみをタイムトラベルさせるのだとも言える。未来の直接観測は、それを知った者の現在の行動が変わることで未来を変える可能性があり、これは一種のタイムパラドックスを生むとも言える。
[編集] 時間をめぐる哲学的諸考察
時間については多くの哲学者が様々な考え方を提出して来た。そこで扱われる問題には、次のようなものが含まれる。
- 時間とは何か
- 時間と意識の関係はどのようなものであるか
- 時間が流れるとはどのような事か
- 時間の流れを我々はどのように知るのか
時間をめぐる考察が厄介である事を示すためにしばしば引用されるアウグスティヌスの有名な言葉に、「私はそれについて尋ねられない時、時間が何かを知っている。尋ねられる時、知らない」というものがある。
存在論的には、時間は林檎のような物ではないし、戦争のような出来事ではない。赤さ（色）や冷たさ（温度）のように特定の物に備わっている性質やそのカテゴリーでもない。
[編集] カント
カントは時間、空間の認識様式でもって、人間は変化を認識すると考えた。この場合時間は空間のメタファーとして捉えられている事に注意したい。西洋の伝統では、事象は空間的、視覚的に捉えられる事が多いのである。そもそもロゴスという言葉は、ごちゃごちゃした塊を見やすいように整理分離するという意味であったのである。
[編集] ベルグソン
ベルグソンは時間についての理解が空間化された（空間になぞらえて考えられた）時間についての理解、認識である事を批判し、人間が経験しているのはそのような時間ではないと説いた。ベルグソンは時間を「純粋持続」であるとした。
[編集] バシュラール
ベルグソンは時間を連続体として捉えたが、バシュラールは逆にそれは瞬間の連続として考えた。我々が感じる時間現象は常に現在、言い換えれば瞬間でしかないからである。記憶にある瞬間瞬間と現在瞬間が比較される時、時間概念が誕生するわけである。又、そこから瞬間瞬間をより高く深く生きる事が、よりよく時間を過ごす事となるバシュラールの思想が開花する事になる。
[編集] 仏教
仏教の時間理解は基本的に現在指向である。それは前世も来世も説かなかったブッダの現世指向に起因するものらしい。龍樹に代表される空思想においても時間は、現在意識を軸に考察されている。大森荘厳はこの時間理解を元に、独自の思索を展開していった。
[編集] アインシュタイン的時間解釈
アインシュタインによれば時間と空間は同じもので時空（時空連続体）と解釈する。ニュートンの時間方程式もアインシュタイン方程式も時間対称性を持ち、ニュートンもアインシュタインも自分の方程式に時間対称性（時間は等方向つまり過去、現在、未来にも流れる事が方程式上可能）が存在するのを見つけており悩んだが、アインシュタインはあえてこの方程式上に存在する時間対称性が数学的に存在を許すのを肯定し、過去、現在、未来が同時に存在しているという解釈をした。これを時空連続体という。時空連続体には過去、現在、未来がすでに同時に存在しているという解釈である。
この概念を発展させた近年の研究で、なぜ光速が秒速約30万キロなのかという事も説明する。即ち、すでに出来上がっている過去、現在、未来（時空連続体）の中を私達が光速度 秒速約30万キロで走っているのである。私達が光の速度を秒速約30万キロと観測するのもこの為である。もし、私たちが時空連続体内を秒速10万キロで走っていると、光速度は秒速10万キロとなる。アインシュタインは記者から「その様な事が本当にあるのか？」と聞かれ、「信じては貰えないと思うが、過去、現在、未来がすでに同時に私の数学方程式上には存在しているのです」と答えている。
[編集] 関連項目
- 数量の比較 (時間)
- 時計（計測器具）
- 時刻
- 時空の哲学
- 科学哲学
- 過去
- 永遠
- 世界のタイムレコーダー
