空間と時間

空間と時間は、さまざまな分野で議論される最も基本的な概念です。空間という概念は、最も直感的な概念の一つであり、定義することが難しい。時間という概念も直感的なものであり、定義するのは難しい。空間と時間は、ニュートン力学をはじめとする古典力学の基本的な2次元である。古典力学、相対性理論、量子力学、あるいは哲学の分野で活躍するためには、空間と時間の概念を十分に理解することが不可欠である。今回は、空間と時間とは何か、その最も有力な定義、空間と時間の応用、空間と時間の類似点、最後に空間と時間の相違点について説明します。

スペース

空間とは、事象が発生し、物体が置かれる3次元の非拘束的な範囲として認識することができます。簡単に言うと、私たちが知っていることはすべて宇宙で起こっているのです。座標系は、空間を測定し、その中で起こる事象を定量化するために用いられる。一般的な座標系は、直交座標系、平面極座標系、球面極座標系、円筒極座標系である。古典力学の研究では、空間は固定された量であると仮定される。古典力学では、空間も時間も、発生する事象とは無関係である。一般相対性理論が台頭してくると、空間は確かに固定された量ではないことが分かってきた。時空は、その中で起こる出来事によって「湾曲」する。この時空間収縮の概念を用いると、長さの収縮や時間の拡張といった現象が観測される。これらの現象は、固定的な空間理論では説明できない。

時間

時間は、2つの事象の間の持続時間として決定することができる。時間という概念は定義できない。時間、空間、質量は古典力学の基本的な3次元を構成している。それぞれ[T]、[L]、[M]で表す。古典力学では、時間は不変の内容であると仮定される。この概念は、時間は他のいかなる現象によっても変化しないことを意味する。しかし、特殊相対性理論が導入されると、時間は変幻自在であることが示された。2つの事象の間の時間は、その事象が発生した時の観測者に対する相対速度に依存する。これを「時間の伸び」といいます。現代物理学では、時間は変数である。現代物理学で唯一一定な量は光速である。