2016年12月13日

3次元空間と時間を統一する光速

3次元空間と時間を統一する光速

空間と時間を感覚的に認識すると、3次元という立方体に1次元の時間が過去から未来に向かって一方向に流れているように感じられます。

時間については、多くの科学者あるいは哲学者がその本質について考えてきました。
現在、すべての人に共通する時間を決めることにより良く生きていための基盤としています。
時の長さの単位“秒”は、セシウム原子の出す特定の色の光の周期の9192631770倍であるとされています。
ニュートンはあらゆる観測者にとって一様に流れる時間(絶対時間)を仮定し力学の体系をつくりあげました。
また、時間をエントロピー増大の法則に結び付けて説明されています。
外部からエネルギーや力を加えない限り、秩序から無秩序へ、使用可能なエネルギーから使用不可の状態のエネルギーへ時間は変化していくとされています。
(変化にあずかる系全体のエントロピーは断熱変化では決して減少せず、断熱非可逆変化では常に増大する。熱力学第2法則から導かれる。)
相対性理論では相対運動する座標系では時間の進みは遅くなる。
速度が速いほど、加速するほど時間の進みが遅れるとされています。

キリスト教父アウグスティヌスは時間を意識と結び付け時間の過去、現在、未来を過去→記憶・現在→直観・未来→期待とし時間の主観性を説きました。

観念論哲学のカントは時間と空間を主観的な純粋直観形式としました。
(直観形式(カントの用語)カントにおいては時間と空間は感性的であると同時にアプリオリな直観であり(純粋直観)感性的直観の内容を受容する形式とされる。純粋とは一般的にはそれ自身のうちに他の異質なものを含まぬこと。カントでは経験や感覚を含まぬアプリオリに可能な認識が純粋な認識とされている。時間と空間は感性的でありアプリオリなものとして純粋直観と言われている。)
アプリオリとは先天的という意味。
今回は相対性理論を参考にして考えてみます。

例えば、画用紙(画用紙には絵が描かれています)のように平面的なもの(数学的にはこれを2次元空間)を曲げるとどのように見えるでしょうか。画用紙には絵が書いてあり、曲げながらそれを真上から見ますと、絵は歪んで見えます。平面的に見ていても画用紙という2次元空間が歪んでいることが感じ取ることができると思います。 2次元的(縦と横しかない)な存在である画用紙が歪むには、それ以外の方向(この場合だと高さ方向)が必要です。

3次元の空間がもう1つ別な方向に曲がる。その方向とは時間という方向だということを証明したのが、相対性理論であります。

特殊相対性理論では、位置と時刻を一緒にして「時空」という、数学上の四次元空間を考えます。そこでは、位置と時刻は対等の関係になり、座標変換によって互いに混じり合います。

速度が大きいときは、空間と時間が互いに影響しあうので、空間は空間だけ、時間は時間だけと別々に扱うことができず、一緒に計算するということです。

我々は3次元的空間の広がりを直接認知できますが、時間についてはあくまでも今現在、この一瞬に限って認知できるだけです。

4次元世界を認識できる存在がいるとしたならば、現在を含め過去から未来を連続した広がりとして感じとり移動できるのかもしれません。

要約すると速度が限りなく光速に近い速度になりますと、ものが縮みます。例えばAとBがお互いに速度Vで動いていて、AがBの長さを測るとすると、数学的にはBの長さが減っているように見えると予言され、その長さは図1L’によって与えられます。

図1
相対論 長さ・質量・時間.bmp
ここでL´はAがBを測った場合に得られる長さ、LはBの本来の長さ、Vは彼らの相対速度、Cは光速です。相対性理論の世界 ブルーバックス

次に速度による質量の増加についてです。
AとBが互いに相手に対して静止している時、それぞれ地球上で450キログラムの質量をもつとします。いまAとBが相対的に運動していてAがBの質量を測るとします。AにはBの質量が増加したように見えるでしょう。式は図1m’です。

ここでm´はAがBの質量を測っている値、mはBの固有の質量、いわゆる静止している時の値、Vは相対速度、Cは光速です。
相対的に静止しているときに450キログラムの静止質量をもつAとBが、秒速150000キロメートルの相対速度で近づくと、上記の式によれば、AかBを止めてBの質量を測定するならば、Bは約540キログラムの質量をもっているようにみえるということです。相対性理論の世界

時間に関しては図1t’の式になります。

C:光速30万q/秒
V:運動する系の速度
T:時間

例えば静止した系から24万q/秒で走る系をみれば、

相対性理論 時間2.jpg

となり、静止した系の3/5で進みます
地球で5年たてば、24万q/秒で飛ぶ宇宙船の中では、地球の時計で3年しかたっていないことになります。
長さに関しても式は同じで24万q/秒で進む宇宙船は、進行方向にそって、長さが5分3に縮みます。
相対性理論の世界 ブルーバックス
相対性理論なるほどゼミナール 日本実業 参照

速度が光速に近づくほど、3次元空間と時間が独立した存在ではなく、相関関係があるということです。

光速に近い速さで運動すれば、空間を移動するうちに時間をも移動する事が可能であるということがいえるかもしれません。光速に近づくことにより時空を越える可能性があると言っていいかもしれません。

仮に、光速が物質世界と霊界(4次元以上の時空間)の境界速度であり、光速を超えた粒子(タキオン粒子)が霊界を構成している素粒子であるならば、時間を前後(過去と未来)に移動できるかもしれません。
霊界とは、同一空間のなかに、過去・現在・未来が共存している世界であると言えるのではないかと考えます。

※私は以前、時間とはエネルギーの消費であると書いたことがあります。
例えば、入れ物に10リットル分のエネルギーが入っているとします。
1秒間に全部こぼせば、時間の長さは1秒間ですが、発生するエネルギーは1秒間に10リットル分です。
しかし、1秒間に1リットルずつこぼせば、時間は10秒に伸びますが、1秒間に発生するエネルギーは1リットル分です。
発生したエネルギーは物質あるいは空間を意味しています。
時間が短いほどエネルギーが高いと言えます。
詳しくは後日に・・・




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posted by ガンちゃん at 01:12 | Comment(0) | 物理・科学・宇宙論 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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