そもそも「時間」とは何なのでしょうか？

質問

「時間」に関する素朴すぎる疑問に答えていただけると幸甚です。

１．時間と空間は表裏一体のものですか？
　　たとえば、電磁波における電場と磁場のように。
２．時間にエネルギーはありますか？
３．時間は波動のようなものですか？
　　波動やエネルギー、原子、素粒子といったもので説明できないものなのでしょうか。
４．現在・過去・未来は同時に存在していますか？
　　現在からみて、1年前、1年後の世界というのは別空間、別次元等に存在しているものなのか。
５．時間は現在から未来へ進みますが、それを進ませる推進力は何でしょうか？
　　エントロピーの法則と関係がありますか。
６．時間はどうして止まらないのか？
　　相対性理論によれば、時間は伸び縮みしますが、
　　光速ロケットに乗っている本人の時間は変わらないですよね。
　　本人時間で１年経てば、一年歳を取るというふうに。
　　ずっと動いているわけで、止まるということはないのでしょうか？

よろしくお願いします。

回答No.12

noname#175206 · ベストアンサー

>7.どうして時間についてよくわからないのか？

　物理学的には、時間は「数学の変数として扱えればいい」からです。ちなみに相対論以降、空間と時間は不可分です。

　重力も、その振る舞いについては研究しますし、4つの力（重力、電磁気力、弱い力、強い力）が宇宙誕生初期には一つにまとまっていたころまで遡って理論化しようともしていますが、重力、あるいは4つに分離した力、さらにはそれらを一つにまとめた力が、どうしてあるかについては無頓着です。

　時間そのものが、物理学的に分かっていないのは、分かる必要が無いから、誰も調べていないのです。

　それでも時間の振る舞いについては、物理学的な事象として最小の時間である、プランク時間があることは分かっています。これは、物理学的事象が連続したアナログではなく、離散的なデジタルであることを意味します。

>8.静止している人と光速移動している人とに流れる時間は同じか？

　それは特殊相対論で答えが出ています。互いに違います。光速度未満でも、相対速度が0でなければ、それぞれ違う時間になります。

>　速度０の人と、速度Aで移動している人に流れる時間は同じだという証明はされていますか？

　特殊相対論的、一般相対論的に異なるという証明がされています。

>　地球上で流れる(過ごす)時間と、宇宙の果てで流れる(過ごす)時間に違いはあるか？

　曖昧なご質問ですが、原則として同じようなものです。しかし空間が膨張しているため、厳密な定義は難しいでしょう。ここでも時間と空間が不可分なことが影響します。

>9.時間にゆらぎがあるのか？

　ありません。物理学における「ゆらぎ」とは、何らかの物理量について、時空的（時間的、空間的）な平均値からの変動のことです。時間をも元にしてのものですから、時間そのものの揺らぎは考えません。

>10.時間のない世界はどんな世界？

　ビッグバン宇宙の始まる以前の世界です。基本的には、無でしょうね。

　ホーキング博士の考えでは、もし本物のブラックホールがあったら、その特異点では時間がないとのことです。時間が無いけれど、あらゆる可能性を持った量子的な何か。

　またホーキング博士は、時間を複素数で考えると、ビッグバン宇宙の始まる以前と滑らかにつながり、時間はずっとあり続けるという仮説を述べています。

>　想像もできないのでしょうか？

　（実数）時間ない世界はホーキング博士の提唱している世界ですが、その数式をイメージできる人はいないでしょう。発案者のホーキング博士でも、喩えですら説明できていません。
　そもそも、その元となる量子力学がイメージを拒絶しているということはありますが（量子力学の名言に「量子力学が分かったと思えたら、それは量子力学が分かっていない証拠だ」といのがあります）。

>　そこには空間も存在しませんか？

　しません。時間停止の世界なら空間は存在し得ますし、そもそも物理学では「時間を止めて」記述することも多いのです（特に量子力学）。時間の無い世界だと、空間もありません。

>　深海魚が水のない世界を想像できないように、人間は時間のない世界を認識できないのでしょうか？

　深海魚の喩えは合わないです。時間停止の場合、それは時間停止の世界を見るこちら側の認識で、時間停止世界の住人からすれば、普通に時間は流れています。
　その時間もないとなると、空間も消滅し、当然ながら物質も何もありません。それをどう認識するかは、個々人の問題かもしれません。

>11.ミクロの世界の時間とマクロの世界の時間に違いはあるか？

　特に違いはありません。

>　素粒子の世界では因果律は破られており、時間は逆行しているのではないですか？

　反物質は、物理学理論的には、普通の物質の時間を逆転したものです。素粒子的にはそうなんですが（素粒子であるため情報は運べない）、それがマクロの物体になったときどうなのかは、今のところはっきりしない部分があります。

>12.時間はあらゆる物理的物体から独立している？

　いえ、時間と空間は不可分です。そして、空間は物質（エネルギーと言い換えたほうが正確）と不可分です。

>　時間は速度、重力、熱などのものから独立していると証明されているのか？

　独立していないと証明されています。

>13.ひも理論と時間
>　ひも理論では多くの次元が存在するそうですが、多次元になっても時間は変わらないと考えられているのでしょうか？

　物理学理論は、空間的には3次元に限定されません。さすがに0次元には適用できませんが、1次元でも4次元でも、それ以上のn次元でも適用できます。ただし、空間3次元以外の世界は無いため、実験・観測事実はありません。
　ただし、時間を2次元以上にすることは、理論的に成功していません。もちろん、実験・観測事実もありません。
　超ひも理論で空間が4次元以上とされていますが、観測可能な、この宇宙の空間3次元以上の、高次元空間は、コンパクトに折りたたまれていて観測できないと考えられています。もしかすると、数学的都合のためだけの便法であるかもしれません。

　この4次元時空でも、CPT対称性（チャージ、パリティ、時間がセットになった対称性）というものがあり、そのうち二つが一時的に破れてもいいとされています。そのとき、残った一つが二つの破れを補うように破れます。つまり、三つセットでは安定しているということです。しかし、時間だけ見れば、それが常に安定しているとは限らないということでもあります。

　さらに、21世紀に入ってから、三つセットで対称性が破れる可能性が示唆されています。これは、いろいろな物理学理論の基礎であるローレンツ対称性をも破ることになるため、注目されているようです。

　そんな問題山積の状況です。ぼんやりと「時間って何だろう？」と考える暇すら、物理学にはありません。

回答No.11

reflector

追加

光をコントロールすれば時間は止まる？- ナショナルジオグラフィック（2012年1月5日18時02分）
http://news.infoseek.co.jp/article/nationalgg_20120105001
実験の詳細は、「Nature」誌の1月5日号に掲載されている。

回答No.10

reflector

追加質問に対してアドバイス

なお、下記はうちのＩＳＰ(ＯＣＮ)から情報が流れ、アメリカ側が採取しネイチャーで発表した無断盗用の定義です。
犯人グループは特定済み。

電験３種（電気主任技術者国家試験第三種）に合格するためのマガジンです.
http://www.mag2.com/sample/P0005602/html

＞（５）静電界中における導体内部の電界は、０である。
時間の考え方は、「導体内部と電界」が装置内外、「電界は、０である」の電界が時間を遮断している。

また、いち情報として、タイムマシンは宙に浮くテスラコイルです。

回答No.9

noname#175120

多くの物理学者や哲学者がよってたかって研究しているけど今でも時間の正体すらわからない。
これは多分物理学的な時間の他に感覚的な時間があるからだと思います。
後者は生体時間なんて呼ばれますが、この時間には個人差すらあると聞きます。
逆に言えば個体差がある時間を時計や暦なんて物を使って統一しているのです。

少なくとも時間の流れの中に生きる当事者たる物にはその時間の流れ自体を傍観する事は出来ないでしょう。
これをやるには自分を時間の流れの外に出なければなりません。
時間の流れの中に生きるならそれが遅くなろうと止まろうとあるいは逆転しようと認識は不可能です。
どんな状態でも人間には普通に流れているとしか感じられないでしょう。

唯一理解が出来るのは異なる時間の流れの中にいた物と比較する事。
これがウラシマ効果なんて言われる物ですね。
時間が遅くなろうと早くなろうと比較しなければ理解は出来ないでしょう。

補足

ありがとうございます。
「時間についてはよくわかっていない」ということだけは理解できました。
さらに理解を深めるために、次の質問を追加させていただきます。
回答いただけると幸甚です。

7.どうして時間についてよくわからないのか？
　科学的に現象を観察、分類、定義できないのですか？
　距離や速度や空間については分かるが、時間についてわからないのはどうして？
　「時間は概念にすぎず実体が無い」ことは証明されているのか。
8.静止している人と光速移動している人とに流れる時間は同じか？
　速度０の人と、速度Aで移動している人に流れる時間は同じだという証明はされていますか？
　地球上で流れる(過ごす)時間と、宇宙の果てで流れる(過ごす)時間に違いはあるか？
9.時間にゆらぎがあるのか？
　あるとすればどういった実験や観測で確認できますか？
10.時間のない世界はどんな世界？
　想像もできないのでしょうか？
　そこには空間も存在しませんか？
　深海魚が水のない世界を想像できないように、人間は時間のない世界を認識できないのでしょうか？
11.ミクロの世界の時間とマクロの世界の時間に違いはあるか？
　素粒子の世界では因果律は破られており、時間は逆行しているのではないですか？
12.時間はあらゆる物理的物体から独立している？
　時間は速度、重力、熱などのものから独立していると証明されているのか？
13.ひも理論と時間
　ひも理論では多くの次元が存在するそうですが、多次元になっても時間は変わらないと考えられているのでしょうか？

回答No.8

reflector

エリート物理学者なんて、単なる幼稚さーｗ
国際熱核融合実験炉 ITERをみれば、知識指数が理解できる。
プラズマは、地球上では「火」あるいは「炎」と呼ばれているｗ
つまり、「ITER」は気球そのものを具現化した玩具でふ。

とりあえず、これだけを回答
＞２．時間にエネルギーはありますか？
エネルギーを持った粒子が特定の波長で過去から未来方向へ波打っていると考えれば
質問２から６まで説明ができます。

＞光速ロケットに乗っている本人の時間は変わらないですよね。
装置内の時間は一定で流れていますが、外部空間は内部より物凄く早く流れている矛盾が生じます。
私は、イメージを構造解析しているのに過ぎません。
大衆が車に乗って、「車が走る定義を行いますか」と同じです。

回答No.7

loboskobay

時間論は高名な哲学者なども考え抜いてきた問題ですが、相対論が一定の答えを出していると主張します。その視点からの私の主張です。

１．時間と空間は表裏一体のものですか？ -->yes
理由
相対論では時空を四元ベクトルで扱います。理論物理で扱うベクトル量は成分が同じものでなければなりません。

ただし特殊相対性理論では、空間は実数ですが時間は純虚数になります。ですから三次元空間を自由に動き回れても時間には、その意味では移れません。Lerentz 変換で空間と時間が変換されるときに混ざり合うだけです。

２．時間にエネルギーはありますか？ --> No
理由
特殊相対論では光速度 c は無次元の 1 となるべきです。そうなると距離と時間は同じ物理量となります。(だからこそ SI 単位系では時間は定義量になりました)。c==無次元の 1 の世界では質量とエネルギーが同じになります。でも時間・空間自体はエネルギーとはみなされません。Einstein が夢見たように、将来全てが幾何学で説明されるかもしれませんが、そのときの空間は三次空間や四次元時空を超えた何かになると思います。

特殊相対論では、粒子の速度は全て 1 です。いわゆる静止粒子は時間軸方向に光速度で動いています。一方で宇宙の端は光速度で空間方向に動いており、時間軸方向の成分は 0 です。静止している質量 m の粒子は m c の運動量を持っていると解釈できます。

４．現在・過去・未来は同時に存在していますか？
５．時間は現在から未来へ進みますが、それを進ませる推進力は何でしょうか？
６．時間はどうして止まらないのか？

以下は私の解釈であり、物理学者の共通意見ではありません。でも全くの「とんでも」でもないとも認めてもらえるでしょう。そして上の 4,5,6 への回答にもなると思います。

Hawking は「big bang 以前は虚時間だった」と言っていますが、わたしは逆で　big bang 以前は時間も実数で空間と行き来もできたが、big bang 以降に時間は純虚数に変わったと思っています。相対論での Mikowsky 記述に限らず、時間を純虚数で表したほうが整合性が取れることが、物理に多く存在します。時間に関する項を自乗するとマイナスになる性質が多く見られます。波動方程式 (∂2x-∂2y+∂z+∂2y-∂2t)ψ == 0 がマイナスが時間項になっているのは偶然ではなく必然です。

時間が純虚数に転化し、それにと伴って三次元空間+時間が光速度で広がり始めたのが big bang だと思っています。宇宙の膨張と同時に、そこで作られた素粒子は時空を未来に向かって転がりだしたと思っています。実際に Dirack 方程式を解いて、その位相変化を可視化してみると、電子が時空を転がっているとみなせるような位相の変化が見られます。

回答No.6

雪中庵（@psytex）

時間についての問いは、一休さんのトンチ問答にある、「屏風の虎退治」を思わせる。
「その時間って何の事か言ってくれれば説明できます」
一般に考えられている普遍的な絶対時間は、相対性理論において否定されており、たとえばその４次元のミンコフスキー空間において、その１つの次元は時間軸であるが、その軸の方向は、相対運動によってそれぞれにとって異なるのだ。

その場合の「時間」というものは、たとえば超光速においてエネルギーは虚数になり、エネルギーは相互作用において自乗で作用するのでマイナス＝時間軸逆行と等価になる。
そして「時間軸逆行」する素粒子が観察できるかというと、時間軸順行の意識にとって過去に向かう素粒子は、過去から来る反対の性質（CPT反転による）を持つ素粒子となる。
それによれば、過去から来た通常粒子と反粒子が、ここでぶつかって粒子２個分のエネルギーに変わる対消滅という現象を、過去から来た通常粒子が過去に向かって反射される＝負エネルギー状態に落ち込む＝粒子２個分のエネルギーを発する、のと等価だと考えられる。

こういう話をすると、「そんなのは時間反転じゃない。水に落とした赤インクが徐々に混ざってピンクになるのを逆転するのが時間反転だ」と言われる。
そうした議論によって、「時間とはエントロピー増大の方向性である」という定義も存在する。
しかし、この「エントロピー増大」とは“方向性がない”という方向性であり、たとえばよく「ランダムな方向に向かう」と言い換える人がいるが、たとえば箱の中に入れた紅白の玉が左右に色分けされる確率がないかといえば、その玉の数が数個であれば頻繁に起きるが、それを「時間反転」と言うか？という話になる。

要するに科学は時間について答えているが、質問者自身が時間について明確な定義がないために、満足できないだけなのだ。
たとえば、「無の潜在としての認識可能性の“断面”の移動＝自我仮説に対する、相補的な時空仮説の発生」と端的に言ったところでよく分からず、たとえば；

１．時間の不可逆性は、一般的（統計力学的）には「エントロピー増大」とされるが、微視的（本質的）にまで通用する不可逆現象としては、宇宙の膨張＝不確定性(h)で相殺すべき空間の増大＝不確定性の収束（cの減少）。
即ち各時点で、原理的レベルで異なる定数によって成る＝異なる認識可能性を一つの軸（自我同一性）にするところに、時間性は依拠している。

２．全ての環境認識は、認識体の感受表面における量子相互作用（光だけでなく、音や触覚のような運動量の交換や、味覚や嗅覚のような化合物の反応も、最終的には量子相互作用であり、その“向こう”にある媒質の違いに過ぎない）である。
そこにおける、光や音のような情報性（先行感覚）に対して、触覚や味覚のような実体的感覚の蓄積を相関させる、即ち経験（時間的記憶）による予測（空間的広がり）として、時空は生じている。

３．存在の実態において、現象表面的には静止していても、細胞レベルでは新陳代謝し、分子は振動し、原子レベルでは回転し、という具合に、現象階層性を遡るほどに、より高速で運動しており、スーパーストリングやM理論といった“究極の理論”においては、量子相互作用＝光速に至っている。
光速で運動する物体は時間が経過しないという事からいえば、時間の流れ＝宇宙の発生は階層現象表面性に付随して派生するものであり、原理的には宇宙の果てのビッグバンの壁と“瞬間相互作用”でつながっている＝現象表面的時空仮説に対する“光の風（量子相互作用）”＝認識可能性における無の射影として、存在性は発生している。

４．無の無限性（確率的存在を無限に詰め込むと、存在確率の山が平坦になって無と等価）の潜在としての認識可能性の仮説的移動（時間的流れ=自我仮説）による時空仮説（空間的広がり）における無への相殺としての量子性＝光速に対して、その階層現象表面的な定性化（経験的な予測）において生じる非光速性の、超光速（エネルギーが虚数になる＝相互作用(自乗)においてマイナス＝時間軸逆行と等価）領域を過去とし、光速以下を未来として、「自己（現在=感受表面=光速）からの過去（経験=時間=超光速）と未来（予測=空間=光速下）の対発生」という構造が成り立つ。

５．過去（経験）による未来（予測）として存在性が生じる時、その超光速（光速下と超光速領域を分ける認識体はブラックホールと相同）における時空軸の転換において、仮想的延長において直交基底をなす時間軸（過去の経験）と空間軸（未来の予想としての空間的広がり）は同一軸であり、即ち、存在性の本質をなす不確定性原理における二対の相補性、「位置(S)と運動量(位置の時間的変化St)」「時点(T)と質量(時間的相対運動Ts)」は、本質において同一軸であって「相補的」ではなく、仮想的現在への延長において生じているということだ。

６．こうした条件を認識した上で、相対性理論の規定する四次元時空の方程式を見ると、時間項がマイナスになっていて、時間軸と空間軸の等距離点に“ライトコーン（量子相互作用）＝０の広がり”、という界面原点が生じることも納得できる。
時間軸は、自我仮説性が持ち込んだ“余分な軸”であり、それによって生じた時空仮説に対して、相対性理論における光速限界や量子力学における相補的不確定性は、無の射影としての補完的なものなのだ。
原理的に無であるとは分からないことが、有限性を生じている＝存在の本質なのだ。

基本的な内容だけでも、こうした認識論から素粒子論までの幅広い（それも等価性による再解釈を伴う）理解が、「問うている時間とはどれか」の特定には必要であり、何について問うているのか分かれば、既に答えは得ていると言えるだろう。

回答No.5

noname#175206

>１．時間と空間は表裏一体のものですか？

　表裏一体というニュアンスがはっきり分かりませんが、不可分で密接な関係にあるとしたのが、特殊相対性理論になります。ほとんど100％の検証がなされた物理理論です。それを含んでいる一般相対性理論もあり、現代の物理学では必須です。

　相対論以前ですと、空間と時間は別物だと考えられていました。しかし、時間は空間と含めて考えないと正確ではないとしたのが相対論で、3次元空間と1次元の時間で構成されている、この世界は4次元時空と呼ばれています。

>２．時間にエネルギーはありますか？

　時間についてエネルギーを持つとする仮説が現れたことはありませんし、それを示唆する実験・観測事実もありません。

>３．時間は波動のようなものですか？

　時間を何かに喩えることは不可能です。その時間が何から構成されているか、あるいは何からも独立した独自なものなのかは不明です。

>４．現在・過去・未来は同時に存在していますか？

　時間と言うことについて、矛盾した問いです。存在しているのは、時々刻々と時間が進む現在だけです。
　過去は過ぎ去ってしまい、もう存在していません。未来は、常にまだ存在していません。

>５．時間は現在から未来へ進みますが、それを進ませる推進力は何でしょうか？

　時間がなぜ進むのかは不明です。ほとんどの物理学では時間が逆転しても、何も支障がありません。唯一、熱力学においては時間が逆転できません。エントロピー増大の法則と言い換えても可です。そのため、時間の進む向きについて、熱力学的時間と言うことがあります。

>６．時間はどうして止まらないのか？

　観測者がいるとして、観測者自身の時間は固有時間と呼ばれ、止まることがないだけでなく、一定の速さで進みます。

　その観測者が外界を観測、あるいは計算するとき、そういう外界の時間を、観測者にとっての座標時間と言います。観測者以外に適用される時間です。座標時間は、速まったり、遅くなったり、止まったりすることがあります。

　観測者に対して光速度に近いスピードで移動する人の時間が遅くなったり、ブラックホールの表面で時間が止まったりします。

　もし、物理学の立場で極言するならば、時間とは物理現象を記述するためのパラメータでしかありません。それ以上でも以下でもありません。

　数学には実数以外にも虚数があり、物理学は数学で物理現象を記述しますから、時間も虚数で考えることもあります。そこに特別な意味があるわけではありません。数学としてOKだから使ってみるだけと言うこともできるでしょう。

　物理学にとっての時間とは、そういうパラメータ、つまり道具です。今のところ、その道具が何かについて、物理学では研究はされていません。

　そういう状況なので、哲学などで人間が意識する時間が議論されたりするようですが、物理学は手も足も出ないですね。せいぜい、ホーキングが「熱力学的時間と人間が意識する時間の方向は一致するようだ」と言ったエピソードでしょうか。

回答No.4

foomufoomu

時間を長さのようにひとつの次元として扱う考え方は、HGウェルズのSF「タイムマシン」に出てきたものです（つまり単なる想像の産物）。以来、それ以上の説明ができた人はありません。
多くの学者は、時間は、HGウェルズが考えるような形では存在しない（そもそも時間が存在するのかどうかさえあやしい）と考えています。

１．まったく別のものです。
２．ありません。
３．ちがいます。説明もできません。
４．存在する時間は現在しかありません。過去と未来は、記録と想像の上にしか存在しません。
５．進むのに推力はいりません（進むという考え方が間違いかも）　人間が時計や星の動きを見て、進んでいると定義しているだけです。
６．そういう定義だからです。

＞本人時間で１年経てば、一年歳を取るというふうに。
＞ずっと動いているわけで、止まるということはないのでしょうか？
1年歳をとる（老化）が時間の定義なら、冷凍冬眠で老化を止めれば時が止まったことになります。相対論の「ウラシマ効果」（光速に近いロケットで旅行すれば歳をとらない）も、これと同じ結果になります。これを時が止まるとか、未来へ行ったとか言いたいなら、そう言えばよいです。（間違いでありません）

回答No.3

k_kota

概念あって、物理的にこれと示せるものではないです、どちらかと言うと物理が時間に乗っかってますからね。

答えだけでいいのなら答えますけど、結局自分で学ばないとなぜかは分かりませんよ。
1.表裏一体と言う表現は最適ではありません。
2.エネルギーはありません
3.質問が漠然としていますが、違います。
4.同時と言った時点で一つの時間を指すので、時間は同時に存在しません。
5.推進力で時間が進むのではありませんし、進むという説明が適切とも限りません。
　時間が進むとエントロピーが増加すること以外は定性的な説明はありません。
6.時間をセンサーで測れるとすると、測ることに時間が必要です。
　時間が止まった場合、時間を計測できないので、止まったことは計測できません。

回答No.2

dokidoki777

物理学の本・雑誌が沢山出ていますからその本を読んだ方が
いいと思いますよ。ここに回答するには容量的に
またビジュアル的にも大変かなと思います。

蛇足、スタートレックシリーズを見ているとよくわかりますよ。