虚数時間は、量子力学と一般相対性理論にまたがるいくつかの方程式で使用される時間を数学的に単純化したものです。
宇宙の始まりに何が起こったのですか？ほとんどの人は単純化して、ビッグバンがあり、すべてが自発的に爆発したと言うでしょう.その声明には確かに、ある程度の真実の要素があります.
しかし、時間そのものの始まりに正確に何が起こったのでしょうか? その前に何が起こったのか ?このような疑問は、今日に至るまで科学界から出てきていません。
宇宙の始まり、あるいはそれよりも前に物事を見始めると、何も見えません。数学は曖昧になり、物理学は曖昧になり、従来受け入れられてきた「真実」は崩壊する傾向があります。
宇宙の始まりに非常に近い時間 (t=10-33 秒) に、どうして宇宙を理解し始めることができるでしょうか?その数には、小数点以下のゼロが 33 個あります。宇宙のライフサイクルのその段階で物理学の問題を解決しようとすると、非常に退屈になります。実際、面倒 控えめな表現かもしれません… まったく不可能です!
特異点 (ビッグバンの直前) に近づくにつれて、従来の自然法則は崩壊します (写真提供:Andrea Danti / Shutterstock)
この不可能な性質の主な理由は、時間の始まりに近い時期に、いわゆる特異点に近づいているためです。 .
特異点は、ビッグバン以前の宇宙の理論化された状態です。特異点に近づくにつれて、従来の物理法則が崩れ始めます。科学界は、これに対する回避策を必要としていました。彼らは、厄介な物理学を曲げる特異点を扱わずに、宇宙の始まりに近い状態をどのように分析するでしょうか?
入って…想像上の時間！
虚時間とは?
簡単に言えば、虚時間は、量子力学と一般相対性理論のいくつかの方程式で使用される時間を数学的に単純化したものです。
リアルタイムを水平線と考えてください。その線上の 1 点が時間の瞬間です。その点の左側が過去で、右側が未来です。
次に、リアルタイムに垂直な 2 番目の線を想像してください。これは基本的に架空の時間を表します。リアルタイムに垂直であるため、すべてが可能です 一気に発生する。人間は時間の中で一瞬しか知覚できないため、「想像上の時間」に頭を悩ませることは難しいかもしれません.
ただし、すべてが同時に発生することを許可することで、始まりという考えを避けることができます .出発点がなければ、架空の時間は常に存在するものになります。 「虚の時間」の始まりに境界はありません。虚時間にはビッグバンがなかったため、実時間の始まりに近く、虚時間は他の時点とほとんど同じままです。あいまいな物理学やあいまいな数学はありません。その厄介な特異点は発生しません。
虚時間の概念は、すぐには役に立たない、または視覚化するのが簡単に思えないかもしれませんが、数学的には、すべての計算で特異点を扱うことにうんざりしている物理学者の親友になります。
数学的には、仮想時間は単に時間軸に垂直な線です (写真提供:Bignose/Wikimedia Commons)
では、この便利な時間の垂直線をどのように作成するのでしょうか?空間のどこかに勝手に線を引き、それを「虚の時間」と呼んでいますか?そんなに簡単だといいのですが、4 次元時空を扱う場合、「簡単」という言葉はめったにメニューにないので、始めましょう。
リアルタイムを虚時間に変換するにはどうすればよいですか?
空間の 3 つの次元は、リアルタイムの次元とともに、ミンコフスキーの時空として知られるものを形成します。 4 つの次元すべてを組み込むことで、ミンコフスキーの時空は、時間と空間の向きを指定するだけで、宇宙で発生するあらゆることをプロットできる領域になります。
もちろん、4 次元を視覚化するのは簡単なことではありません。一部の数値は数学的には意味があるかもしれませんが、物理的にうまく変換できません。さらに、先ほど説明したアラームの原因となる境界もあります。
ミンコフスキー時空には、宇宙の始まりに近づくにつれて特異点を可能にする境界があります (写真提供:FlashMovie/Shutterstock)
ミンコフスキーの時空は、単純化するために変更する必要があります。このために、ミンコフスキーの時空の複雑さを従来の幾何学的空間に変換できます。これにより、理解と解決が容易になります。この幾何学的空間は、ユークリッド空間として知られています。
芯の回転
変換は、ウィックの回転と呼ばれるものを使用して行われます。これには、ミンコフスキー空間の時間成分を「虚時間」の値で置き換えることが含まれます。これには、リアルタイムの値に「i」で表される虚数である √−1 を掛けることが含まれます。
前に説明したリアルタイムのフラット ラインを覚えていますか?リアルタイムの値に「i」を掛けることで、基本的にその線を回転させ、垂線に変えます。時間軸を回転させてミンコフスキー空間をユークリッド空間に変換すると、境界のない空間が残り、厄介な特異点を含む範囲がなくなります。ビッグバンに近い時期に解決する必要があるものを解決したら、値を再代入します。つまり、ウィックの回転を元に戻し、実際の時空、つまりミンコフスキーの時空で最終結果を見つけることができます。
リアルタイムに「i」を掛けることで、時間軸を回転させることができます
科学における虚数の使用
しかし、「虚数」時間の使用には、科学界からの抵抗がありました。実際、コミュニティ全体が長い間、「虚数」との戦いを続けてきました。彼らは基本的に、それはばかげた考えだと信じています。実数を表す数値がどうして虚数になるのでしょうか?
それを言ったら、想像力はどこで終わるでしょうか？すべてを架空のものにしてみませんか？想像力でできた全世界。一種の不思議の国で、おそらくアリスという名前の女の子が不可解な理由でそれを探索しています.理由さえ必要ですか？それもまた空想かもしれません！小さなうさぎが彼女の注意を引いたので、彼女は彼を追ってうさぎの穴に入ったと推測できます。
不思議の国のアリス
実際、これは Alice in Wonderland の真のオリジン ストーリーに非常に近いものです。 . 1865年に出版されたオリジナルの物語は、チャールズ・ドジソンという名前の時代の数学者によって採用されたペンネームであるルイス・キャロルによって書かれました.ドジソンは、数学で虚数を使用することが正当化されるとは信じていませんでした.
彼はその考えはまったく無責任だと考えた.彼の話から最初に学んだことは、想像上の実体のある世界のまったくのばかげたことでした.
不思議の国のアリスは、科学における虚数の使用を嘲笑しました (写真提供:Pushkin/Shutterstock)
マッドハッターのお茶会を思い出してください。このシーンには何年にもわたっていくつかのバージョンがありましたが、すべてのバージョンが 1 つの属性に忠実であり続けました。時間が空いたので、いつでもティータイムのパーティーでした。 Charles Dodgson によると、もし虚数が思い通りになれば、全世界は最終的に大規模なマッドハッターのお茶会に変わるでしょう.
ホーキングの本は、虚数と虚時間を一般的な会話にもたらしました (写真提供:Studio_G/Shutterstock)
スペクトルの反対側には、現代物理学で最も優秀な頭脳の 1 人、スティーブン ホーキングが座っていました。ホーキングの本では、The Universe in a Nutshell 、知恵のページの奥深くに埋もれているのは、「想像上の時間」に関する特別なナゲットです。
彼は、虚時間の変数を組み込んだいくつかの数学的モデルも、宇宙ですでに観測できる特定の現象を予測できると述べました。もちろん、これは疑問を投げかけます...「虚数時間」とはどの程度の虚数ですか?
正確な「現実世界」の予測を行うことができれば、「現実」の称号が正当化されるのではないでしょうか?ホーキング博士は、数学的単純化に追いやられるのではなく、時間そのものに対する私たちの見方を再考する時が来たのではないかと主張しました。 「架空の時間」は、直線的な時間に対する私たちの狭い認識と同じくらい現実的かもしれません.
