時間の速さは変わりますか？

ロンドンのエンフィールドスクールの学生は、なぜ時間の進みがなかなか進まないのか疑問に思っています。時間は具体的で不変の概念なのでしょうか、それとも実際に変化するのでしょうか？イブニングスタンダード/ゲッティイメージズ

時間がただ長々と続いているように感じることはありますか?あなたはオフィスで仕事をしていたり、学校で長い講義の間机に座っていたり、医師の診察を待っていたりするかもしれませんが、時計を見上げると、長い針が動くまでに 15 分もかかったのだと確信するかもしれません。 15分は実際には2倍の長さでした。どれだけ身をよじってそわそわしても、時間は未来に向かってゆっくりと時間をかけて進んでいきます。

その一方で、時間の流れがあまりにも早く感じられることもあります。友人や愛する人との深くて魅力的な会話は数時間続くこともありますが、時間が数分で過ぎ去ったように感じます。朝、目覚ましが鳴るとすぐに起きることができますが、それでもなぜか仕事に遅刻してしまいます。失われた時間は一体どうなったのかと、手を上げたままになります。

時間とは奇妙に矛盾した概念です。私たちの多くは、これを、出来事が展開するまでにかかる時間を具体的に説明する方法だと考えています。時計のような豪華なガジェットを持っているのに、なぜそうしないのでしょうか?現代のテクノロジーは、時間を正確に測るのに役立つ時計を私たちにもたらしました。原子の共鳴周波数を測定する原子時計は、時間を知るのにさらに優れています。立ち止まっている人が 10 歩前に歩き出すと、その短い旅の始まりから終わりまでにかかった秒数をストップウォッチで簡単に測定できます。

しかし、私たちにとって時間は必ずしも正確であるとは限りません。 2 人の異なる人を方程式に参加させる場合、特に時計を持っていない場合、時間の経験について同意させるのはますます困難になります。それでは、時間は私たちが思っているほど単純なのでしょうか、それとももっと流動的で相対的なものなのでしょうか?時間は空間とどのようにつながっているのでしょうか？

絶対時間と相対時間

物理学者で哲学者のアイザック・ニュートンは、17 世紀後半に『数学の哲学』を完成させ、人々の世界の見方を変える科学革命を主導しました。その著作の中で、彼は古典物理学の基礎となるいくつかの概念を説明しました。ニュートンが導入した重要な理論の中には、万有引力の法則を含む物体が空間を移動する方法を支配する運動法則や微積分の基礎が含まれます。言い換えれば、ほとんどの人がニュートンを天才だと考えており、科学者たちは今でも彼の考えを日常の状況に応用しているということです。

ニュートンは、「プリンキピア数学」にスコリウム、または説明メモの付録を含め、その中で絶対時間の概念を含むいくつかの重要な原則を定義しました。ニュートンは、時計が完璧ではなく、時間の測定には人為的ミスが生じる可能性があることを理解していましたが、普遍的で全能の神のような時間、つまりどこにいても誰もが同じである絶対的な時間を信じていました。言い換えれば、地球の北極に立っている人は、火星に立っている人と同じように時間を経験することになります。

ニュートンの時間に対する見解は、時間を空間から切り離しておいた。しかし、アルバート・アインシュタインが 20 世紀初頭に相対性理論を導入したとき、彼は時間は空間から切り離されているのではなく、空間とつながっていると示唆しました。時間と空間は結合して時空を形成しますが、光の速度 (秒速 300,000 km) はすべての観察者にとって同じであるため、その中での自分の経験の測定方法は人それぞれ異なります。言い換えれば、すべての観測者が光の速度が秒速 300,000 km であることに同意する必要がある場合、他の物体がそれらを基準として移動するのにかかる時間については同意することはできません。

アインシュタインはまた、時空は平らではなく、物質とエネルギーの存在によって湾曲または「歪んでいる」と示唆しました。地球のような時空の大きな天体は、ただ単に軌道上に浮かんでいるわけではありません。代わりに、広げたブランケットの上にリンゴが置かれているところを想像してください。リンゴの重みでシートが歪みます。地球がリンゴだとすると、地球の毛布は時空として想像できます。

これは、時空を移動する人は、さまざまな時点で異なる経験をすることを意味します。質量のある物体の近くでは、時空が重さによって歪むため、実際には時間の進み方が遅く見えるでしょう。これらの予測は実際に証明されました。 1962 年、科学者は 2 つの原子時計を給水塔の底部と上部に設置しました。地球の巨大な中心に近い下部の時計は、上部の時計よりも遅く動作していました。アインシュタインはこの現象を「時間の遅れ」と呼びました。

時空の曲がりと時間の膨張に関するさらなる説明は、フランスの物理学者ポール・ランジュバンによって 1911 年に考案された、双子のパラドックスと呼ばれる思考実験の形で明らかになりました。双子の一方が山の麓に住んでいて、もう一方が山の頂上に住んでいる場合、地球に近い双子のほうがよりゆっくりと老化します。彼または彼女は、ほんのわずかではありますが、他の双子よりも若く見えるでしょう。しかし、双子の一方を光速に近い速度で加速させた宇宙船に送った場合、高い加速度と大きな重力質量は相対性理論において同じであるため、彼または彼女はもう一方の双子よりもはるかに若くして戻ってくることになります。もちろん、誰かの双子を高速軌道に送り込むところまでは誰も行っていませんが、科学者たちは 70 年代に原子時計を軌道に送り込むことでこの仮説が正しいことを証明しました。地上に設置された原子時計よりもはるかに遅い速度で地球に帰還した。