「時間の謎」を解明する: 時間と空間は幻想だと信じますか?

リヴァイアサン注: 熱力学の第二法則によれば、閉鎖系 (宇宙は可能な限り最大の閉鎖系と見なすことができます) では、エントロピーは減少することはなく、増加することしかできません。宇宙のエントロピーは増加した後は減少することができないため、時間は不可逆です。私たちの誕生、成長、老化、そして死の過程は、コップが地面に落ちて粉々に砕ける過程と同じように、不可逆的です。

私はこの記事の中で、「エントロピー増大に依存し、時間の経過に縛られている種である私たちにしか、この独特の視点は生まれない」という一文が特に気に入っています。これが、私たちにとって「時間も空間もない」光景がどのようなものか想像しにくい理由かもしれません。私たちが「時間が経過する」と言うとき、それは過去、現在、未来に基づいたおおよその表現にすぎません。もちろん、この直線的な「時間の矢印」は時間の存在とは関係がなく、時間の動きの方向とのみ関係があると信じている物理学者もいます。時間の概念は、神経系を持つ生き物である私たちにのみ意味があるのでしょうか?観察者（観測者）がいない場合でも、時間は過去・現在・未来の順序で現れるのでしょうか？

カルロ・ロヴェッリ

翻訳：張光

校正/喬斉

原文/nautil.us/issue/64/the-unseen/the-end-of-time

この記事はクリエイティブ・コモンズ・アグリーメント（BY-NC）に基づいており、Zhan GuangがLeviathanで公開しています。

あるいは木星は予約済み

さらに冬、

あるいは崖の上

波が襲うこの冬

終わりです、

賢く、ワインを濾過し、切り離す

希望は長いが、人生は短い。

話すと嫉妬する

時間があっという間に過ぎてしまいました。

今日を有効に活用し、明日に騙されないでください。

—ホラティウス『頌歌』第 1 巻、第 11 節

（訳者注：この翻訳は李永易訳『ホラティウス詩選』より）

「彼は私より少し早くこの奇妙な世界を去りましたが、それは何の意味もありません。物理学を信じる私たちのような人間は、過去、現在、未来の区別が単なる執拗で頑固な幻想であることを知っています。」

— アルベルト・アインシュタインがミケーレ・アンジェロ・ベッソの家族に宛てた弔辞、1955年

この詩は、私たち全員が慣れ親しんでいる時間の流れを描いています。つまり、時間は宇宙全体に均等かつ一貫して流れ、すべてが時間の経過とともに起こるのです。銀河のあらゆるものに浸透する「現在の瞬間」というものがあり、この瞬間が現実を構成しています。誰にでも、起こって消え去り、変えることのできない過去があります。未来は開かれているが、まだ決まっていない。現実は過去から現在を経て未来へと流れていきますが、時間とともに起こるすべてのものの進化は非対称であり、これは深く根付いています。私たちが感じるものはすべて、世界の基本構造です。

しかし、このおなじみの図は崩れ、はるかに複雑な現実の近似値しか示さなくなっています。

宇宙に遍在し、谷間を満たす現在の瞬間は存在しない。出来事は過去、現在、未来の順にきちんと並べられているわけではなく、「部分的に」並べられているだけです。私たちの近くにあるのは、ただ今の瞬間だけです。遠い銀河には現在の瞬間は存在しない。現在は全体的な現象ではなく、局所的な現れです。

すべてを支配する基本的な方程式においては、過去と未来の間に違いはありません。違いは、物事に対する私たちの歪んだ認識からのみ生じ、この歪みが、過去に起こったすべての出来事を独特なものにしているのです。

画像ソース: Tumblr

時間の流れの速さは、私たちがどこにいるか、どのくらいの速さで移動しているかによって、場所によって異なります。大きな物体に近づいたり、速く移動したりすると、時間の流れは遅くなります。つまり、2 つの出来事の間には 1 つの間隔だけではなく、何千、何万もの間隔があることになります。

時間の流れのリズムは重力場によって決定され、この実体には独自の力学法則があります。この法則はアインシュタインの方程式に刻まれています。量子効果を無視すると、時間と空間は大きなゼリーの球の異なる特徴となり、私たちはこのゼリーの球の中にいることになります。

しかし、この世界は量子なので、ゼリー状の時空は単なる近似値にすぎません。世界を説明する基本的な文法書には、空間も時間もありません。あるのは、物理量をある値から別の値に変換するプロセスだけです。これにより、イベントの確率とイベント間の関係を計算できます。

時間の謎は常に私たちを困惑させ、私たちの中に深い感情を呼び起こします。

私たちが知る限り、最も基本的なレベルでは、私たちが経験するような時間というものはほとんどありません。そこには、過去と未来を区別できる特別な「時間」変数は存在せず、空間と時間にも存在しません。それにもかかわらず、世界を記述する方程式を書くことは可能です。これらの方程式では、変数は連携して無限に進化します。これは「静的な」世界ではなく、すべての変化が幻想である「一枚岩の宇宙」でもありません。逆に、私たちの世界は物ではなく出来事で構成されています。 （訳者注：ブロック宇宙全体は、『インターステラー』のラストで主人公がいる5次元空間のようなもの。宇宙の過去、現在、未来のすべての瞬間が決まっており、ブロックのように表示されている。）

画像出典: ギファー

上に書いたのは、時間の存在しない宇宙へと私を連れて行った長い旅です。

すると、帰還先は非常に明確になります。時間のないこの世界で、私たちの時間認識はどのようにして生まれたのでしょうか?驚くべきことに、私たちがよく知っている時間の出現には、私たち自身が役割を果たしているのです。世界の海のほんの一部である私たちの視点から見ると、すべてのものは時間の流れに沿って流れています。私たちが世界をこのように歪んで見ているのは、私たちが世界の一部としか関わり合っていないからです。

それだけでは十分ではないかのように、量子不確定性が歪みに加わります。非決定論によってもたらされる不可知性は、「熱時間」と呼ばれる固有の変数の出現と、不確実性を測定する「エントロピー」の出現につながります。

画像提供: NASA/GSFC

おそらく人間は世界の中で小さくユニークなサブセットであり、外界との関わりにおいて、熱時間の矢印の一方の端のエントロピーが低いと常に認識しているのでしょう。したがって、時間の経過の方向は現実的であると同時に主観的でもある。つまり、熱時間が経過するにつれて、私たちに対する世界のエントロピーは常に増加する。したがって、イベントの発生はこの変数に沿って順番に並べられていることがわかり、この変数を「時間」と呼びます。

エントロピーの増加により、過去と未来を区別できるようになり、宇宙の段階的な展開と進化を導きます。エントロピーは過去のあらゆるものの痕跡、残骸、記憶も残します。私たち人間は、このエントロピー増大の偉大な歴史の副産物です。過去の痕跡は私たちに記憶を残し、記憶は人間社会全体を形作ります。私たち一人ひとりは、世界を地図に描いているので、ひとつの存在です。私たちは仲間との交流を通じて世界についての統一されたイメージを形成しますが、このイメージは記憶によって統一された世界に対する見方です。これが、いわゆる「時間の経過」の由来です。これが、私たちが時間の経過に耳を傾けるときに聞こえる音です。

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「時間」は、世界を表す無数の変数のうちの 1 つにすぎません。これは重力場を記述する変数の 1 つです。私たちのスケールでは量子ゆらぎは役割を果たさないため、時空を決定論的なものとして考えるのは合理的です。したがって、私たちは空間と時間をテーブルのように固体であると考えます。この表には異なる次元があります。1 つは空間と呼ばれ、もう 1 つはエントロピーの増加を伴い、時間と呼ばれます。日常生活において、私たちが移動する速度は光の速度に比べれば取るに足らないものなので、異なる時計の正確な時刻の違いを感じることはできません。大きな物体から異なる距離にいるときに時間の経過速度に生じる差は、検出できないほど小さい。

すべてを支配する基本的な方程式においては、過去と未来の間に違いはありません。

結局、多くの可能性のある時間は無に消え去り、私たちが経験する均一で、遍在的で、秩序ある時間についてのみ語ることができるのです。これは宇宙のおおよその説明のおおよその近似であり、エントロピーの増加に依存し、時間の経過に縛られている種として私たちが思いつく唯一の視点です。伝道の書にあるように、私たちには生まれる瞬間があり、死ぬ瞬間があります。

私たちにとって、時間とはまさにそれです。つまり、さまざまな近似値から派生した複数の異なる特性を持つ、多層的で複雑な概念です。

時間に関する議論の多くは、時間の複雑さと多層的な性質を認識していないために混乱しています。彼らが犯した間違いは、時間の複数のレベルが実際には独立しており無関係であることを理解できなかったことです。

生涯をかけて探求した結果、これが時間の物理的構造であると私は考えています。

この話には、確実で信憑性のある部分も多く、もっともらしい部分もあれば、単なる憶測の部分もあり、私はただ賭けて、全体像を垣間見ることができるかどうか試してみたいだけなのです。いずれにせよ、完全にもっともらしい一般的な事実が 1 つあります。それは、世界の時間構造は、私たちの素朴な概念とは根本的に異なるということです。素朴な想像力は日常生活には役立ちますが、世界の微妙な側面やその広大さを理解するのには適していません。おそらく、時間の謎は私たちの個人的なアイデンティティの謎や意識の謎と絡み合っているため、私たち自身の本質を理解するだけでは十分ではありません。

時間の謎は常に私たちを困惑させ、私たちの中に深い感情を呼び起こします。感情の強さと感覚の深さこそが、実は哲学と宗教の源泉なのです。

画像クレジット: イグナシオ・セラーノ

ハンス・ライヘンバッハが、時間の性質について最も明快に述べた著書『時間の方向』で次のように書いていると私は信じています。パルメニデスが時間の存在を否定したのは、不安を誘発する時間の性質から逃れるためであり、プラトンは時間の外側に存在するイデアの世界を想像し、ヘーゲルは現在について語るとき、魂は自身のすべてを包含する性質からこれを理解できるため、時間を超越すると主張したのです。

この不安から逃れるために、私たちは「永遠」の存在、つまり時間を超越し、神々、唯一の神、または不滅の魂が住む奇妙な世界について空想します。時間に対する私たちの深い感情的な態度は、いかなる論理や合理性よりも、哲学の構成要素に大きく貢献します。ヘラクレイトスやベルクソンのように、時間に対する畏敬の念という反対の感傷的な態度もまた、多くの哲学を生み出してきましたが、そのどれもが私たちを時間の本質に近づけるものではありません。

時間の謎の層を解明するのに役立つのは物理学です。それは、宇宙の時間構造が私たちの認識とどれほど異なっているかを示しています。それは、感情の霧に隠されることなく、時間の性質をはっきりと研究できるという希望を与えてくれます。

しかし、時間の性質を追求する旅の中で、理論が層ごとに高まり、私たち自身からどんどん遠ざかっていくにつれて、私たちは最終的に私たち自身の性質について何かを見つけるかもしれません。ちょうど、天体の動きを研究し、ついに自分の足元の地球も動いていることに気づいたコペルニクスのように。おそらく、最終的には、時間の感情的な側面は、時間の本質を客観的に理解することを妨げる霧ではないことがわかるでしょう。

おそらく、時間に対する私たちの感情は、私たちにとって時間が意味するものとまったく同じであり、それ以上でもそれ以下でもありません。

著者について: カルロ・ロヴェッリは理論物理学者であり、科学ライターです。この記事は彼の著書『The Order of Time』からの抜粋です。