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時間は過去から現在に流れて…いない!? 物理学者の明快解説!

なぜ私達は過去と未来を感じられるのか
時間は過去から現在に流れている。時間は逆行しない。驚くべきことに、これらの常識が、物理学では通用しない。物理学の世界では、時間の逆行を禁止していないのだ。
なぜ私たちは、物理法則によって決まっていないはずの「時間の方向」を感じるのか? この疑問は、『時間とはなんだろう』を上梓した物理学者の松浦壮氏が本の中で明快に解説している。今回、松浦氏が、そのエッセンスを改めてわかりやすくまとめて、この疑問に数式を使わずに答えてくれた。

本当に、時間は戻らない…のか?

私たちが思い描いている時間には、ひとつの大きな特徴があります。  

時間は逆行できない。

ある意味、これこそが時間の一番印象深い特徴かも知れません。本記事ではこの性質について考えてみたいと思います。

この特徴の原点は、身の周りの出来事が持つ「一度起こったことは取り返しがつかない」という特性にあります。その原因を時間の性質に求めているわけです。

 

実際、現実に起こる運動には間違いなく方向があります。地面を転がるボールは摩擦のためにスピードを落として止まりますが、止まっていたボールが摩擦によって動き出すことはありません。人は年と共に老いますが、年と共に若返って子供に戻る人はいません。

これを最もシンプルに説明する方法は、「時間が進む方向はもともと定まっているのだ」と仮定することです。これは、常識に合致するシンプルかつ効果的な仮定なので、誰もが直感的に正しいと思うはずです。

物理学の世界では「時間は巻き戻せる」!

どうか驚かないで下さい。この直感に反して、ニュートンの運動法則や、有名な相対性理論や量子力学、場の量子論も、時間の逆行を禁止しません。

時間を反転させるということは、「t」という時間パラメータを「−t」に置き換えることに相当します。実際、「t」が−10から+10まで増えるとき(現在の10秒前から、10秒後に進むとき)に、「−t」は+10から−10まで減る(現在の10秒後から、10秒前まで戻る)ので、この操作は時間を反転させています。

ところが、この操作を施しても運動法則の形は変わらないのです。ということは、もしある運動が運動法則通りに起きたとしたら、それを時間反転させた運動もまた、同じ運動法則の下で許される運動ということです。以下で具体的に説明します。

「巻き戻し」は映像の「逆再生」と同じ

たとえば、重力が働いているときのボールの運動を運動法則に基づいて解析すると、「加速しながら下向きに移動する」という答えと「減速しながら上向きに移動する」という答えを同時に返します。前者は「自由落下」を表し、後者は「投げ上げ」を表しているのですが、これらは運動が始まった時点でのボールの速度の向きが違うだけで、どちらも現実に起こり得ます。

そしてこれらは、互いに「時間反転」の関係にあります。ボールが落下する最中に時間が反転したとしましょう。映像の逆回しをイメージすると良いでしょう。すると、ボールのその時点での速度は上向きに変わり、ボールは減速しながら上昇します。これは「投げ上げ」と全く同じ現象です。時間を反転した現象は現実にも起こるのです。

この事情は物体の個数が増えても同じで、どんなに物体の数が増えようと、どんなに複雑な運動をしていようと、時間をさかのぼるような運動もまた運動法則の予言のひとつです。

ということは、止まっていたボールが摩擦力によって加速される現象も、年と共に人が若返って子供に戻る現象も、別に運動法則に違反しているわけではありません。