物理学の偉大な謎: 時間は幻想ですか?

新しいポッドキャストの最初のエピソード、 素晴らしい物理パズル、時間の複雑な性質を掘り下げます。 研究者らは、時間は絶対的であるという伝統的な概念に挑戦し、時間は相対的であり、空間と絡み合っているという理論を議論しており、この概念は私たちの主観的な経験に反するものです。 この矛盾は宇宙のエントロピーの増加に起因すると考えられますが、なぜ宇宙がエントロピーの減少から始まったのかは謎のままです。 この問題を解決するために、専門家は科学方程式から時間を削除したり、時計の熱力学を調査したりするなど、追加の研究を提案しています。

私たちをゆりかごから墓場まで導く時間の感覚がなければ、私たちの人生には意味がありません。 しかし、最も基本的なレベルでは、私たちが経験するような時間がこれまでに存在したのかどうか、物理学者は確信していません。

これは新しいポッドキャスト シリーズの最初のエピソードのトピックです。 素晴らしい物理パズル。 The Conversation のサイエンス エディターであるミリアム フランケルが主催し、次の支援を受けています。 FQxI、基礎的な質問研究所では、時間の性質について 3 人の研究者に話を聞きます。

科学者たちは長い間、時間は絶対的かつ普遍的であり、どこにいても誰にとっても同じであり、私たちとは独立して存在すると考えてきました。 原子と粒子の小さな宇宙を支配する量子力学では、今でもこのように扱われています。 しかし、大規模な自然に適用されるアルバート・アインシュタインの相対性理論は、時間は絶対的なものではなく相対的なものであることを示しました。たとえば、移動速度に応じて速度が速くなったり遅くなったりすることがあります。 「時空」では時間も空間と絡み合っています。

アインシュタインの理論により、科学者は宇宙を新しい方法で表現できるようになりました。つまり、3 つの空間次元 (高さ、幅、深さ) と時間を第 4 象限として持つ、固定された 4 次元の塊として宇宙を描写できるようになりました。 このブロックには空間と時間がすべて同時に含まれており、時間は流れません。 大衆について今特別なことは何もありません。ある観察者にとって現在のように見えるものは、他の観察者にとっては単なる過去です。

しかし、これが本当であれば、なぜ私たちの時間体験は過去から未来へとこれほど強力に移動するのでしょうか? 答えの 1 つは、カオスの尺度であるエントロピーが宇宙で常に増加しているということです。 米国ジョンズ・ホプキンス大学の物理学者ショーン・キャロル氏は、数値を計算してみると、初期宇宙のエントロピーが非常に低かったことが判明すると説明する。 」[The universe] それは非常に構造化されており、ランダムではなく、一種のリラックスしたものでしたが、それ以来、よりランダムでより混沌としたものになりました。」 これは、人間の観察者にとって時間の矢を生み出す可能性があります。

なぜ宇宙がこれほど低いエントロピーで始まったのかはわかっていません。 キャロルはそれが原因かもしれないと示唆する 私たちは多元宇宙の一部です そこにはさまざまな宇宙が含まれています。 そのような世界では、統計的に言えば、一部の宇宙は低いエントロピーから始まるはずです。

一方、カナダのウェスタンオンタリオ大学ロットマン哲学研究所の物理哲学者エミリー・アドラムは、低エントロピー宇宙がなぜ誕生したのかという謎は、最終的には物理学がもたらす事実に起因する問題であると信じている。は 仮定に満ちた 良い頃。

「個人的には、時間は流れないという格言にとても賛成です」と彼女は説明する。 「それは、私たちがたまたま世界に組み込まれていることから生じる一種の幻想です。」 彼女の直感は、たとえ私たちにはそのように見えなくても、基本的なレベルではすべてが同時に起こるということです。

アドラムは、時間を理解する最良の方法は、自然理論から時間を完全に取り除くこと、つまり方程式から時間を取り除くことだと主張します。 興味深いことに、物理学者が一般相対性理論と量子力学をあらゆるものの「量子重力」理論に統合しようとすると、方程式から時間が消えることがよくあります。

実験は時間の性質を解明するのにも役立ち、量子力学と一般相対性理論のさまざまな組み合わせをテストするのに役立ちます。 ナタリア・アレス、エンジニア[{” attribute=””>University of Oxford, believes that studying the thermodynamics (the science of heat and work) of clocks may help. “By understanding clocks as machines, there are things that we can understand better about what the limits of timekeeping are,” she argues.

Host:

• Miriam Frankel, Podcast host, The Conversation

Interviewed:

• Emily Adlam, Postdoctoral Associate of the Philosophy of Physics, Western University
• Natalia Ares, Royal Society University Research Fellow, University of Oxford
• Sean Carroll, Homewood Professor of Natural Philosophy, Johns Hopkins University

This article was first published in The Conversation.