(Phys.org) — 哲学者たちは、アインシュタインや現代物理学よりもずっと前から、時間の性質について議論してきました。 しかし、アインシュタイン以降の106年間、物理学では、時間は空間の4番目の次元として機能しており、数学的には4次元ミンコフスキー時空として表される場であるという見解が主流でした。 しかし、スロベニアのSpace Life Instituteの創設者であるAmrit SorliとDavide Fiscalettiをはじめとする一部の科学者は、時間は空間から完全に独立して存在すると主張している。

この研究は、Physics Essays誌の最新号に掲載されました。

特殊相対性理論の主要な概念である「光の速度はすべての慣性参照枠で同じであり、絶対的な参照枠は存在しない」という概念は、伝統的にミンコフスキー時空の枠組みの中で定式化されています。 この枠組みでは、3つの空間次元は直感的に視覚化されますが、時間次元は数学的には虚数座標で表され、具体的に視覚化することはできません。

この論文の中で、Sorli と Fiscaletti は、特殊相対性理論の概念は正しいが、4 次元ミンコフスキー時空の導入により、時間は空間の 4 番目の次元であるという、実験的な裏付けを欠いた誤解が世紀を超えて続いていると主張しています。 彼らは、高速の飛行機の中では時計が静止しているときよりも実際に遅く動くことを示すなど、よく知られている時間拡張の実験は、特殊相対性理論と時間拡張を支持するが、ミンコフスキー時空や長さの収縮を支持するとは限らないと主張している。 従来の考え方では、高速で時計が遅くなるのは、ミンコフスキー時空の性質そのものが、時間拡張と長さ収縮の両方の影響を受けているからだと考えられていた。 しかし、ソルリとフオルステッティは、時計が遅くなるのは、時計が測定する2つの参照枠の間の相対速度で説明できると主張する。

時計によって、私たちは3D空間における運動の数値的な順序を測定しています、とSorli氏はPhys.orgに語っています。 時間は、空間の4番目の次元ではないという意味で、空間から「分離」されています。 時間は空間の4番目の次元ではないという意味で、時間は空間から「分離」されています。

2つの時間観の違いを説明するために、Sorli氏とFurstetti氏は、2つの光の時計を使った実験を考えてみました。 それぞれの時計の時を刻むメカニズムは、光子が2つの鏡の間を行ったり来たりして反射されることで構成されており、光子が1つの鏡からもう1つの鏡に向かう経路が、時計の1回の時を表します。 2つの時計は台の上に垂直に配置されており、時計Aは水平方向、時計Bは垂直方向に配置されています。

しかし、Sorli と Fiscaletti は、時計Aの長さの収縮と、それに伴う時計AとBの刻む速度の違いは、光の速度がすべての慣性参照枠で一定であるとする特殊相対性理論に合致しないと主張します。 彼らは、ミンコフスキーの4次元時空を、3つの空間座標X、Y、Zに対するガリレオ変換と、空間座標に全く依存しない物質変化の速度の変換に関する数学的方程式（Selleriの形式論）を含む3次元空間に置き換えることで、この問題を解決する方法を数学的に示しました。

ソルリは、このように両方の光子時計が同じ速度で時を刻むという考えは、飛翔時計を使った実験やその他のテストで時差を測定した結果と矛盾しないと説明しています。 この違いは、光子時計と原子時計の違いによるものだと言います。

光の速度はすべての慣性系で一定であるため、速い慣性系の光子時計の速度は、静止した慣性系の光子時計に対して遅くなることはないとのことです。

また、長さの収縮がなくても、時間の拡張は存在しますが、通常考えられているのとは違う方法で存在します。

時間希釈は、空間の4次元としての時間が拡張し、その結果、時計の速度が遅くなるという意味ではなく、単に、より速い慣性系では変化の速度が遅くなるということであり、これはすべての観測者に有効です。 GPSは、軌道上の時計が地表の時計と異なる速度を持つことを確認しており、この違いは軌道上と地表の観測者に有効である。

また、時間の別の定義は、数学者であり哲学者でもあるクルト・ゲーデルが持っていた時間の概念とも一致すると付け加えました。

空間における変化の数値的な順序としての時間の定義は、変化が進行する物理的な次元としての時間という106年前の概念に取って代わるものです。 私たちは、時間は時計で測定する数学的な変化の量でしかないと考えています。 これは、ゲーデルの時間に対する考え方と一致しています。 1949年、ゲーデルは驚くべき証明をしました。 相対性理論で記述されるあらゆる宇宙では、時間は存在しない」。

今後、ソルリとフオルステッティは、この時間観が周囲の環境とどのように適合するかを調査する予定です。

今後、SorliとFrostettiは、この時間観が周囲の環境とどのように調和するかを研究する予定です。 一方、Sorli氏とFrosterrti氏は、この考え方は3次元の量子真空の枠組みでモデル化するのが良いと考えている。

重力は、恒星や物質が存在することによって3次元量子真空のエネルギー密度が低下した結果として生じるという数学的モデルを構築しています」とSorli氏は述べています。 慣性質量と重力質量の起源は同じで、量子真空のエネルギー密度の低下です。 このモデルは、一般相対性理論の計算として、水星近日点の歳差運動の正確な計算を与えます。