アインシュタインはかつて、友人のミケーレ・ベッソを「ヨーロッパで最も優れた科学的アイデアの相談相手」と評した。 チューリッヒの大学で一緒だった二人は、後にベルンの特許事務所で同僚となった。 1955年の春、ベッソが亡くなると、アインシュタインは自分の時間が残り少ないことを知って、ベッソの家族に有名な手紙を書いた。 “アインシュタインは、友人の死について、「彼は私より少し先に、この奇妙な世界を去ってしまった。 “それは何の意味もありません。
アインシュタインの発言は、単なる慰めの試みではありません。 多くの物理学者は、アインシュタインの立場は、現代物理学の2本の柱によって示唆されていると主張しています。 アインシュタインの代表作である「一般相対性理論」と、素粒子物理学の「標準モデル」です。 これらの理論の根底にある法則は、「時間」という変数が増えても減っても、記述されている物理は同じであるという「時間対称性」を持っています。 さらに、これらの理論は「今」という時点については何も述べていません。「今」は私たちにとっては特別な瞬間（と思われる）ですが、宇宙全体については定義されていないようです。
多くの物理学者は、物理学者の仕事は、個々の観測者の視点から見た宇宙がどのように見えるかを説明することだと主張して、ブロック宇宙の考えを受け入れています。 カリフォルニア大学デービス校の物理学者で、宇宙インフレーション理論の創始者の一人であるアンドレアス・アルブレヒト氏は、「過去、現在、未来の区別を理解するためには、このブロック宇宙に飛び込んで、『観測者は時間をどのように認識しているのか』を問う必要がある」と述べています。
しかし、物理学の課題は、時間がどのように経過しているように見えるかだけでなく、なぜ経過しているのかを説明することだと主張する人もいます。 彼らにとって、宇宙は静的なものではありません。 時間の流れは物理的なものなのです。 “物理学者であり哲学者でもある元バル・イラン大学のアヴシャロム・エリツアは、「私はこのブロック宇宙にうんざりしている」と言います。 “来週の木曜日が今週の木曜日と同じ立場にあるとは思えません。 未来は存在しません。 存在しないのです。
先月、カナダのウォータールーにあるペリメーター理論物理学研究所に、約60人の物理学者と数人の哲学者や他分野の研究者が集まり、「Time in Cosmology」という会議でこの問題を議論しました。 この会議を主催したのは、物理学者のリー・スモリンである。彼は、ブロック宇宙論を率直に批判している。 スモリンの立場は、『タイム・リボーン』や、より専門的な内容の『特異な宇宙と時間の現実』（哲学者のロベルト・マンガベイラ・ウンガーとの共著）に一般読者向けに書かれている。 後者の著作では、未来が具体的でないというエリツアの気持ちを反映して、スモリンは次のように書いている。”未来は今は現実ではなく、未来についての明確な事実はありえない。”
出席者は、過去、現在、未来の区別、時間はなぜ一方向にしか動かないのか、時間は基本的なものなのか、それとも発生的なものなのか、といったいくつかの問題に取り組んでいました。 当然のことながら、これらの問題のほとんどは解決されていません。
Time Swept Under the Rugins
誰もが納得することがいくつかあります。 私たちがマクロの世界で観察している指向性は非常に現実的です。 ティーカップは粉々になっても自然には元に戻らないし、卵はスクランブルエッグになっても元に戻らない。 システムの無秩序さを示す指標であるエントロピーは常に増加します。これは熱力学の第2法則にも示されています。 19世紀にオーストリアの物理学者ルートヴィヒ・ボルツマンが理解していたように、第二法則は、事象がある方向に進む可能性が高いことを説明しています。
しかし、一歩下がって、なぜこのような法則が成り立つ宇宙に私たちが住んでいるのかを問うと、事態はより厄介なものになります。 “カリフォルニア工科大学の物理学者であるショーン・キャロルは、2日目の発表が終わった後、ホテルのバーで話をしながら、「ボルツマンが本当に説明したのは、宇宙のエントロピーが今日より明日の方が大きくなる理由です」と言いました。 “しかし、それだけならば、「宇宙のエントロピーは、おそらく今日よりも昨日の方が大きいだろう」とも言えるでしょう。 つまり、エントロピーが究極的には宇宙の基本的な法則に基づいており、その法則が時間を遡っても同じであるならば、エントロピーは時間を遡っても同じように増加する可能性があるということです。 しかし、誰もエントロピーが実際にそのように働くとは思っていない。
このことを理解するために、物理学者たちは、宇宙は非常に特殊な低エントロピー状態で始まったと提唱しています。 コロンビア大学の物理学者デビッド・アルバートが「過去の仮説」と名づけたこの考え方では、ビッグバンでたまたま非常に低いエントロピーの宇宙が生まれたため、エントロピーが増大したとしています。 エントロピーが増大するのは、たまたまビッグバンで非常に低いエントロピーの宇宙が生成されたからであり、上昇するしかなかった。 過去仮説とは、私たちが卵を焼くときに、140億年前の出来事を利用しているということです。 ビッグバンで説明しなければならないのは、”なぜ割れていない卵があったのか “ということです」。
物理学者の中には、過去の仮説に困っている人もいます。 現在の宇宙の物理についてわからないことを、ビッグバンに答えがあると言ってしまうのは、責任転嫁、あるいは問題をカーペットの上に置いてしまうようなものだと言えるかもしれません。
スモリン氏にとって、過去の仮説は、前進するための有益な一歩というよりも、失敗を認めたようなものです。 彼は『The Singular Universe』の中でこう言っています。 “
しかし、他の物理学者は、ある初期条件を与えられたシステムを記述できる理論を開発するのは普通のことだと指摘しています。
別の物理学者は、過去の仮説は、ないよりはましだが、最終的な答えではなく、プレースホルダーである可能性が高いと考えています。
別の物理学者は、「過去の仮説は、ないよりはましだが、最終的な答えというよりは、プレースホルダーの可能性が高い。 “過去の仮説は単なる事実であって、それを説明する根本的な方法はない “と言う人も多い。 私はその可能性を否定しません」とキャロルは言う。 “
The Alternative Origins of Time
過去の仮説を唱えなくても、時間の矢は理解できるのでしょうか？ 熱力学ではなく、重力が時間の矢を導いていると主張する物理学者がいます。 メキシコ国立自治大学の物理学者、ティム・コスロウスキーは、「重力によって物質が凝集し、複雑性の増大に合わせて時間の矢が定義される」と述べています（彼はこの考えを、英国の物理学者ジュリアン・バーバーとPerimeter社の物理学者フラビオ・メルカティとの共著である2014年の論文に記しています）。 コスロウスキーらは、ニュートンの重力の法則にのみ従う1,000個の点状の粒子からなる宇宙の単純なモデルを開発し、密度が最大で複雑さが最小になる瞬間が必ず存在することを発見した。 そこから離れていくと、どちらの方向にも複雑さが増していきます。 当然のことながら、観測を行うことができる複雑な生物である我々は、最小値からある程度離れたところでしか進化できません。 しかし、宇宙の歴史の中で我々がどこにいようとも、複雑さが減少した時代を過去と呼ぶことができる、とコスロフスキーは言う。 このモデルは大局的には時間の対称性を持っていますが、観測者によっては局所的に時間の矢印が発生します。 重要なのは、低エントロピーの出発点がモデルに追加されたものではないということです。 低エントロピーの出発点は、モデルに追加されたものではなく、モデルから自然に出てくるものなのです。 “
時間は複数の方向に動き、私たちはたまたま宇宙の一部に住んでいるだけで、局所的に定義された単一の時間の矢印を持っているという考えは、新しいものではありません。 2004年、キャロルは大学院生のジェニファー・チェンとともに、宇宙の始まりに関する比較的有名なモデルである「永遠のインフレーション」に基づいて、同様の提案を行っています。 キャロルは、コスロウスキーらの研究を有益な一歩だと考えています。特に、コスロウスキーらはモデルの数学的詳細を解明しています（キャロルとチェンは解明していません）。 しかし、キャロルはいくつかの懸念を抱いています。 例えば、重力が彼らの論文で主張されているほど重要な役割を果たしているかどうかは不明だと言います。 “
Koslowski氏によると、複雑性の増大には1つの重要な副次効果があります。 これらの構造は情報を保存することができ、コスロフスキーはそれを “記録 “と呼んでいます。 重力は、記録の形成を可能にする最初の主要な力であり、他のプロセスは、化石や木の輪、文書などあらゆるものを生み出します。 これらの存在に共通しているのは、宇宙の過去の状態に関する情報が含まれていることだ。 私はコスロフスキーに、脳内の記憶も記録の一種ではないかと尋ねた。 と質問したところ、「はい」と答えた。 “理想的には、より複雑なモデルを構築し、最終的には携帯電話の中の記憶、脳の中の記憶、歴史書の中の記憶にたどり着くことができます。 より複雑な宇宙は、より複雑でない宇宙よりも多くの記録を含んでおり、これが、私たちが過去を覚えていても未来を覚えていない理由だと、コスロウスキー氏は述べています。
しかし、おそらく時間はこれよりもさらに根本的なものです。 南アフリカのケープタウン大学の宇宙学者であるジョージ・エリス氏は、時間はもっと基本的な存在であり、ブロック宇宙自体が進化していると考えることで理解できるとしています。 彼の「進化するブロック宇宙」モデルでは、宇宙は成長する時空の体積である。 この体積の表面は、「現在」と考えることができます。 その表面は、彼が言うところの「未来の不確定性が過去の確定性に変わる」瞬間を表している。 “時空間そのものが、時間の経過とともに成長していく」。 宇宙のどの部分が固定されていて（過去）、どの部分が変化しているか（未来）を見れば、時間の方向性を見極めることができます。 同僚の中には異論を唱える者もいるが、エリスはこのモデルが標準的な見解の修正であり、根本的な見直しではないことを強調する。 “このモデルは、一般相対性理論の場の方程式でカバーされたダイナミクスを持つブロック宇宙であり、まったく標準的なものですが、未来の境界が刻々と変化する現在になっています。 この見方では、過去は固定されていて変えられないが、未来は開かれている。
従来のブロック宇宙とは異なり、エリス氏の絵は未来が開かれた宇宙を描いているように見えますが、これは過去の物理的状態が未来の状態を決定する法則性のある宇宙とは相反するように見えます。 しかし、エリスが指摘したように、量子的な不確定性は、そのような決定論的な見方を覆すのに十分であるかもしれません）。 会議の席で、ある人がエリスに「6月初旬にイギリスのミッドランド地方を中心としたある半径の球体の物理学に関する十分な情報があれば、ブレグジットの投票結果を予測できたのではないか」と質問しました。 “エリスは「物理学では無理です」と答えました。
見かけ上の時間の流れと、ブロック宇宙との整合性を図るもう一つのアプローチが「因果集合論」です。 この理論は、1980年代に物理学者のラファエル・ソーキンが量子重力へのアプローチとして開発したもので、彼もこの会議に参加していましたが、時空は連続的ではなく離散的であるという考えに基づいています。 この理論では、宇宙は巨視的なレベルでは連続しているように見えますが、プランクスケール（10〜35メートル程度の距離）にまで目を向けると、宇宙は時空の基本単位である「原子」で構成されていることがわかります。 この原子は、数学者が「部分順序集合」と呼ぶ配列を形成しており、各要素が特定の順序で隣接する要素と結びついています。 この原子の数（目に見える宇宙では10240個と推定されている）が時空の体積となり、その配列が時間となる。 この理論によれば、時空間の原子は絶えず新しいものが生まれていることになる。 インペリアル・カレッジ・ロンドンの物理学者であるフェイ・ダウカー氏は、会議でこれを「降順時間」と呼んだ。 これは、時空間に新しい時空原子が付加されていく様子を、海底の堆積物が時間をかけて新しい層になっていくのに似ていると考えてほしいとのことです。 一般相対性理論ではブロックしかできませんが、因果集合では「なる」ことができるようです。 “ブロック宇宙は静的なもの、つまり静的な世界像であるのに対し、この「なる」というプロセスは動的なものです。 この見解では、時間の経過は、宇宙の出現的な特徴ではなく、基本的な特徴である。 因果集合理論は、宇宙について少なくとも1つの成功した予測を行っており、宇宙の時空体積のみに基づいて宇宙定数の値を推定するために使用されたと、ダウカー氏は指摘しています。
未来への問題
これらの競合するモデルに直面して、多くの思想家は心配するのをやめ、ブロック宇宙を愛する(少なくとも許容する)ことを学んだようです。 イスマエル氏によれば、ブロック宇宙を正しく理解することで、私たちが経験している時間の経過を説明することができるそうです。 従来の物理学を注意深く見て、ここ数十年の間に認知科学や心理学から学んだことを補足することで、「経験の流れ、ヒューという音」を取り戻すことができると彼女は言います。 この見解では、時間は幻想ではなく、実際に私たちは時間を直接体験しているのです。 認知科学や心理学の分野では、「時間は幻想ではなく、私たちは直接体験している」という考え方があります。 つまり、私たちは時間の流れを推測するのではなく、経験そのものの一部なのです。 この一人称的な体験を、物理学が提供する静的なブロックの中に組み入れることが課題であり、ブロック宇宙の時空の中で曲線で表現された歴史を持つ「埋め込まれた知覚者の進化する参照フレームから世界がどのように見えるか」を検証することだと彼女は言います。
イスマエルのプレゼンテーションは、賛否両論ありましたが、キャロルは「彼女の言ったことすべてに同意する」と言い、エリツアは「叫びたくなった」と言いました。 後になって彼はこう言った。 “もし私が壁に頭をぶつけたとしたら、それは未来が嫌いだからだ」と述べています。) 会議中に何度も言われたのが、「ブロック宇宙は、重要な意味で、未来がすでに存在していることを暗示しているようだが、例えば来週の木曜日の天気についての記述は、真でも偽でもない」という反論でした。 これは、ブロック宇宙観の克服できない問題のように思われる人もいます。 イスマエルはこれまで何度もこのような反論を聞いてきました。 未来の出来事は存在するが、今は存在していないだけだと。 “ブロック宇宙は変化する絵ではなく、変化の絵なのです。 物事は起こるときに起こる。 “ここにいる皆さんは嫌がると思いますが、物理学には哲学が必要です。 “未来の偶発的な発言の真実の価値については長い議論の歴史がありますが、それは時間の経験とは全く関係ありません」。 もっと読みたいという人には “
訂正です。 写真のキャプションを2016年7月25日に修正し、Jenann Ismaelの名前のスペルを修正しました。
この記事はTheAtlantic.com.
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