物理学者や哲学者は、私たちが世界について考えていることはすべて間違っていると私たちに言うのが好きなようです.彼らは、常識をナンセンスとして暴露することに独特の喜びを感じます。しかし、Tim Maudlin は、世界に対する私たちの直接的な印象は、私たちが信じ込まされているよりも現実へのガイドとして優れていると考えています.
彼がいつもそう思っているわけではありません。ニューヨーク大学の教授であり、世界をリードする物理学の哲学者の 1 人であるモードリンは、「絡み合った」量子粒子の奇妙な振る舞いを研究して名を馳せました。どちらかといえば、彼は、物理学者がもつれがいかに変革をもたらすかを軽視してきたと考えています。しかし同時に、特に時間の性質に関しては、物理学者が私たちの従来の見解が間違っていると主張するにはあまりにも性急である可能性があると彼は考えています.
彼は家庭的でファッショナブルでない時間観を擁護しています。矢印が内蔵されています。それは、より深い現実から派生したものではなく、基本的なものです。幻想や遠近法の人工物とは対照的に、変化は現実のものです。物理法則は時間内に作用し、各瞬間を生成します。モードリンは、数学、物理学、哲学を混ぜ合わせて、科学者や哲学者が一般にこの民間の知恵を否定する理由を否定しています。
数学的な議論は、彼の現在のプロジェクト、New Foundations for Physical Geometry の第 2 巻のターゲットです。 （2014年に初登場）。現代物理学は、本質的に空間と同じ方法で時間を概念化すると彼は主張します。私たちが一般的に理解しているように、空間には固有の方向がなく、等方性です。空間的直観を時間に適用するとき、無意識のうちに、時間には本質的な方向性もないと思い込んでしまいます。 新しい財団 時間と空間をより明確に区別できるようにトポロジーを再考します。従来、トポロジー (幾何学的構造の第 1 レベル) は、空間または時間内の点の近傍を記述する開集合を使用して定義されます。 「開いている」とは、領域に鋭いエッジがないことを意味します。セット内のすべてのポイントは、同じセット内の他のポイントに囲まれています。
Maudlin は代わりに、トポロジーをラインに基づいて構築することを提案しています。彼はこれを、運動について考えるときに形成される私たちの日常的な幾何学的直観に近いと考えています。そして彼は、標準的なトポロジーの結果と一致させるには、時間と同じように線を方向付ける必要があることを発見しました。モードリンのアプローチは、標準トポロジを拡張してジオメトリに方向性を与える他のアプローチとは異なります。これは拡張ではなく、地上レベルで方向性を構築する再考です。
モードリンは彼のアイデアについてQuanta Magazineと話しました 3月。以下はインタビューの要約および編集版です。
時間が方向性を持っていると考えるのはなぜですか?それは、物理学者がよく言うこととは逆のようです.
それは少し後ろ向きだと思います。通りにいる男のところに行って、時間には方向があるのか、未来は過去と違うのか、時間は未来に向かって進んでいないのかを尋ねてください。それが自然な見方です。より興味深い見解は、物理学者が時間には方向性がないことをどのように納得させているかということです。
彼らは、時間は 4 次元であるとするアインシュタインの特殊相対性理論の結果だと答えるでしょう。
時間が四次元にすぎないというこの考えは、非常に誤解を招くものです。特殊相対性理論では、時間の方向は空間の方向とは構造的に異なります。時間的な方向では、未来と過去にさらに区別されますが、空間的な方向は、他の空間的な方向に継続的に回転できます。時間的な方向の 2 つのクラスは、互いに継続的に変換することはできません。
標準幾何学は、時空を行う目的で開発されたものではありません。ただ空間をやる目的で開発されたものであり、空間には方向性がありません。そして、この 1 つの目的のために開発した正式なツールを、別の目的にプッシュしました。
20 世紀初頭に相対性理論が開発されたとき、人々はこの問題に気づき始めましたか?
彼らはそれを問題とは見なしていなかったと思います。開発は非常に代数的であり、テクニックが代数的であるほど、自分がしていることについて幾何学的な直感を持つことから遠ざかります.たとえば、時空の測定基準の標準的な説明を作成してから、「これに負の数を入れ始めるとどうなりますか?」と尋ねるとします。これは、質問するのに最適な代数的な質問です。それが幾何学的に何を意味するのかはあまり明確ではありません。そして今、人々は同じことを言っています。純粋に代数的な質問として、私はそれを言うことができます.しかし、物理的に、時間が 2 つの次元を持つとはどういう意味なのかと聞かれたら、私には漠然とした考えはありません。二次元的なものであるということは、時間の性質と一致していますか？時間が順序イベントであると考える場合、その順序は直線的な順序であり、基本的に 1 次元の種類の組織について話しているからです。
そして、あなたは幾何学を再考することによって時間の方向性を許容しようとしています.それはどのように機能しますか?
私は物理学から始めたわけではありません。トポロジーを理解しようとすることから始めていました。教えていると、自分の無知に立ち向かわざるを得なくなります。空間と時間のクラスを教えていたときに、何人かの学生に標準トポロジーを説明しようとしていましたが、理解していないことに気付きました。技術的な機械と私が使用していた概念との関連性がわかりませんでした.
ポイントの入ったバッグを渡したとします。ジオメトリがありません。そのため、何らかの構造を追加して、認識できるほど幾何学的なものを与える必要があります。標準的なアプローチでは、開集合である点の集合を指定します。私のアプローチでは、どの点のセットが線であるかを指定します。
これは高校で教えられている通常の幾何学とどのように違うのですか?
この線に基づくアプローチでは、線に方向性を持たせることは非常に自然なことです。公理のレベルで実装するのは非常に簡単です。ユークリッド幾何学をやっている場合、これは思い浮かびません。なぜなら、ユークリッド幾何学でのあなたの考えは、A から連続した線がある場合だからです。 Bへ 、それは連続した行でもあります B Aへ — ユークリッド線には方向性がないこと。
純粋な数学的観点から、あなたのアプローチが望ましい理由は何ですか?
私のアプローチでは、一連のポイントに線形構造を配置します。私の公理に従って線を引くと、開集合の自然な定義があり、トポロジーが生成されます。
別の重要な概念上の利点は、個別の線を考えても問題がないことです。人は有限の人数しかいない列を形成し、次に誰が列に並んでいるか、誰が後ろにいるかなどについて話すことができます。線の概念は、離散的であることと連続的であることの間で中立です。したがって、この一般的なアプローチがあります。
この種の変更が物理学にとって重要なのはなぜですか?
時空について話し始めるとすぐに、時間には方向性があるという考えが明らかに私たちの出発点です。過去と未来の差が激しい。ですから、時空を幾何学的に考え始めるやいなや、時間的特徴を持つ何かを考え始めるとすぐに、本質的な方向性を持つ何かを考えているというのが自然な考えです。また、基本的な幾何学的オブジェクトに方向性がある場合は、それらを使用してこの物理的な方向性を表すことができます。
時間に方向性がない理由について、物理学者は別の議論をしています。
法則には時間反転対称性があるとよく耳にします。しかし、時間反転対称性を説明する通常の方法は、時間の方向があることを前提としています。誰かが次のように言うでしょう:「ニュートン物理学によれば、ガラスがテーブルから落ちて床にぶつかる可能性がある場合、床の破片が床の協調的な力によって押し出され、再結合してガラスに再結合することが物理的に可能です。グラスを持って、テーブルに飛び乗ってください。」それは本当だ。ただし、これらの説明は両方とも、時間の方向があることを前提としたものです。つまり、ガラスの落下とガラスの跳躍には違いがあり、ガラスの飛散とガラスの再結合には違いがあると仮定しています。そして、これら 2 つの違いは常に、どちらの方向が未来で、どちらの方向が過去かということです。
ですから、この時間可逆性があることを否定しているわけではありません。しかし、時間の可逆性は、時間の方向がないことを意味するものではありません。物理法則が許すすべての事象には、対応する事象があり、さまざまなことが逆になったり、速度が逆になったりする、というだけのことです。しかし、どちらの場合も、時間の経過とともに進行するプロセスを許可していると考えてください。
ここで謎が生じます:なぜ私たちはある種類のものをよく見て、他の種類のものを見ないのでしょうか?これが熱力学やエントロピーなどに関するパズルです。
時間に方向がある場合、時間の熱力学的矢は依然として問題ですか?
問題は矢印ではありません。問題は、物事が低エントロピー状態で始まった理由を理解することです。低エントロピー状態で始まることがわかったら、通常の熱力学的議論により、考えられる初期状態のほとんどが増加するエントロピーをもたらすことが期待されます。問題は、なぜエントロピーが非常に低い状態で始まったのかということです。
選択肢の 1 つは、宇宙は時間的に有限であり、初期状態があったというものです。次に、「初期状態が低かった理由を説明できますか?」という質問があります。これは、「初期状態を説明できますか?」という質問の一部です。何も出てこなかったのに、そもそもそれを説明するとはどういう意味ですか?
もう一つの可能性は、ビッグバンの前に何かがあったということです。ビッグバンが、先行する原始宇宙からの、または無秩序に膨張する時空からのこの宇宙の泡立ちであると想像するなら、その泡立ちの物理学が存在するでしょう。 -off は、泡が特定の性質のものであることを暗示している可能性があります。
初期の低エントロピー状態をまだ説明する必要があるのに、なぜ時間の内部指向性が必要なのですか?時間が方向性を持たない場合、低エントロピー状態を指定するだけで効果的な方向性が得られるのではないでしょうか?
もし時間が方向を持っていなかったら、それは時間を別の空間次元に変えてしまうように私には思えます。私たちが持っているのが空間次元だけだとしたら、私には宇宙で何も起こっていないように思えます. 4 次元の空間オブジェクトを想像することはできますが、その中では何も発生しません。これは、人々がよく引用する「ブロックユニバース」について、固定されている、固定されている、不変である、またはそのようなものとして話す方法です。彼らはそれを 4 次元の空間オブジェクトのように考えているからです。あなたがそれを持っていれば、初期条件がどのように設定されているか、または境界条件がどのように設定されているかわかりません。もはや「イニシャル」とは言えません — 時間を作ることができます。境界条件は、次元の基本的な特徴を空間から時間へとどのように変えることができますか?
1 つの境界でエントロピーが低いとします。それから私はすべてを説明します。次のように疑問に思うかもしれません。おそらく物事が均衡していると思われる他の境界から行かないのはなぜですか?」この境界における特異な特徴は、エントロピーが低いことではなく、エントロピーが高いことですが、マイクロステートは、エントロピーが長期間減少する非常に特殊な状態の 1 つです。低エントロピーの初期状態から発展したため、特別なミクロ状態を持っているように思えます。しかし今、私は「初期」と「最終」を使用しており、説明作業を行うために特定の因果的概念と生産的概念に訴えています.初期状態と最終状態を区別し、これらの因果関係を裏付ける時間の方向性を持っていない場合、説明がどのように進むべきかよくわかりません.
しかし、これはすべてそのように思えます—私は何を言うことができますか?物理的な世界からとても離れているようです。私たちはここに座っていて、時間が進んでいます。時間は実際には経過せず、そう見えるのはエントロピーの増加のおかげであると言うのが何を意味するのか私にはわかりません.
あなたはブロック ユニバースのファンではないようですね。
ブロックユニバースについての一定の理解を信じているという感覚があります。過去は現在と同じように現実的であり、未来も同様に現実的であると私は信じています。過去に起こったことは同じように現実的でした。過去の痛みは痛みであり、将来も現実になり、過去は 1 つ、未来は 1 つになります。ですから、ブロック ユニバースを信じることがそれだけの意味であれば、問題ありません。
人々はよく、「私は相対性理論のためにブロックユニバースを信じざるを得なくなった」と言います。ブロック ユニバースも、ある種の堅固な構造です。具体的な物理的現実の全体は、その 4 次元構造とその中で起こることを特定しています。ニュートン力学では、この物体はこれらの絶対同時性の平面によって葉状にされています。そして相対論ではそれがありません。代わりに、このライトコーン構造があります。そのため、幾何学的な特徴が異なります。しかし、その異なる幾何学的特徴がどのように時間を取り除き、一時性を取り除くのかわかりません.
ブロック ユニバースが静的であるという考えは、私を夢中にさせます。何かが静的であるとはどういうことですか?時間が経っても変わらないということです。しかし、ブロックユニバースが間に合っているわけではありません。時間は です .それが静的であると言うとき、それはどういうわけか、変化がないこと、実際には何も変化しないこと、変化は幻想であることを示唆しています.それはあなたの心を吹き飛ばします。物理学は世界についていくつかの非常に奇妙なことを発見しましたが、変化が幻想であることは発見していません.
時が経つのはどういう意味ですか?それは「時間には方向性がある」と同義ですか、それとも他に何かありますか?
加えて何かあります。時間が経過するということは、イベントが線形に順序付けられることを意味します。世界の因果構造は、その時間構造に依存します。宇宙の現在の状態は、一連の状態を生み出します。後の状態を理解するには、前の状態を調べますが、その逆ではありません。もちろん、後期の状態から初期の状態に関するあらゆる種類の情報が得られ、後期の状態と物理法則から初期の状態を推測できます。しかし、通常、後の状態が以前の状態を説明するとは言いません。因果関係の方向は、説明の方向でもあります。
ここで生成または生産が行われているということをあなたから聞いて正確ですか?
まあ、それは確かに私が持っている絵の深い部分です.機械はまさに自然の法則です。これは、自然の法則に制約を与えます。つまり、自然法則は時間的進化の法則でなければなりません。それらは、時間の経過とともに、新しい州が古い州からどのように引き継がれるかを示す法律であるべきです。主張は、純粋に空間的な基本法則は存在せず、空間的な規則性が見られる場合、それらには時間的な説明があるというものです。
これにより、法律とは何かについて別の見方ができますか?
それは私を多数派の見解とは異なる見解へと導きます。私は、法則は一種の原始的な形而上学的な地位を持っていると考えています。つまり、法則は他の何にも派生していません。むしろ、逆です。他のものは、作用する法則から派生し、生成され、説明され、派生します。そこでは、「操作中」という言葉には、この一時的な特徴があります。
なぜあなたの意見は少数派なのですか?私にはそう思われるので、通りにいるほとんどの人に物理法則が何をするのか尋ねたら、「それは機械の一部だ」と答えるでしょう。
私はよく、私の哲学的見解は、物理学の授業や宇宙論の授業を受けて、言われたことを真剣に受け止めた場合に抱く素朴な見解にすぎないと言います。ニュートン力学の物理学の授業では、いくつかの法則を書き留めて、「これがニュートン力学の法則です」と言うでしょう。それがまさにあなたの出発点です。
私は本当に奇妙な見解を持っているとは思いません。 「時は経たない」とか「時の流れは幻想だ」というのは、かなり奇妙な見方だと思います。それが間違っていなければならないというわけではありませんが、あなたが思っていたものとは違うとあなたを驚かせるはずです.
時間が根本的なものか創発的なものかについて、これらすべてが何を語らなければならないのでしょうか?
私は、より深い意味での時間の出現がどうあるべきかを完全に理解することはできませんでした.法則は通常、時間の微分方程式です。彼らは物事がどのように進化するかについて話します。だから、時間がなければ、物事は進化できません。私たちはどのように理解していますか?そして、出現は一時的な出現ですか?宇宙の特定の段階では時間がなかったようなものです。そして、別の段階では、時間が非時間から一時的に出現するように見える時間がありますが、それは一貫性がないように見えます.
どこで分析の提供を停止しますか?どこで止まるか — ウィトゲンシュタインが言うように、スペードをどこに向けるか?また、私にとって、一時性または時間の概念は、他の言葉では説明できない宇宙の基本的な特徴に到達したと考えるのに非常に適しているように思えます.
