時空

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
移動: 案内検索

時空(じくう、: spacetime)は、時間空間を合わせて表現する物理学の用語、または、時間と空間を同列に扱う概念のことである。時空間(time and space)とも。

概要[編集]

かつてニュートンは時間と空間は絶対的なものであるとした。空間とは物理現象が起きる入れ物であり、時間は宇宙のどこでも一様に刻まれるもの、と考えた。しかし、アインシュタイン相対性理論を構築し、時間と空間を合わせたものを四次元時空と呼び、四次元時空こそが物理学の対象だと導いた。具体的には、以前は独立に存在すると考えられていた時間と空間が、ローレンツ変換によって入り混じり(特殊相対性理論)、時間の進み方は運動状態の違う観測者では異なることが示された。 また、一般相対性理論によって、時空は物質の存在によって歪み、この歪みが重力の正体であることが説明された。どちらの概念も、現代物理学では標準として受け入れられている。

素粒子物理学場の理論など現代の理論物理学では、さらに空間の次元を広げた高次元時空で基礎方程式を考えることで、数学的に矛盾をなくしたり、美しい形式としてまとめる工夫が行われている。この考えを発展させて、初期宇宙を考えるときに空間の次元を上げて高次元宇宙を考える試みが1980年代から積極的に行われている。また、1999年にリサ・ランドールラマン・サンドラムによって提案されたブレーンワールドモデルは、『我々の住む4次元時空は、重力だけが伝播できる5次元時空中の膜のような4次元断面である』と考えることで、基本的な力のヒエラルキー問題を解決しようとする試みである。いずれも、余剰次元は、空間の次元である。

一般相対性理論と量子力学を融合する量子重力理論構築のステップとして、時空の量子化の手法がいろいろ試みられている。このような現状下にあり、本理論の範疇にある超弦理論は、有力な手法として期待されている。尚、不確定性原理を時空に当てはめるならば、時空の大きさがプランク長程度のものを考えるとき、時空自身は、存在時間がプランク時間程度で生成・消滅する物理的対象となる。このような描像は、時空泡 (space‐time foam) と呼ばれ、1955年にジョン・ホイーラーによって提案されているが、この時空泡が一般相対性理論と量子力学の両立を困難にしている本質である。これは従来の粒子を点として扱うことにより、不確定性原理の帰結として、上記のミクロスケールにおいて現出する量子的混乱状態であるが、超弦理論では、基本構成要素をゼロ次元の点粒子ではなく、1次元の"ひも"とすることにより、両立可能となる理論でもある。

関連項目[編集]

外部リンク[編集]