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時にはなぜ方向があるのか

これは、物理学における最も厄介な問題のひとつです。

どんなに初歩的(私が小学生の時に読んだ本にも出てきた!)な物理学の解説書にも、必ず、この問題が出てきます。
あのアインシュタインの『一般相対性理論』においても、時間が逆方向に流れることを禁止する説明を引き出すことは出来ません。



この問題についてのとても興味深い記事を見つけたので、ぜひ、ご覧ください。

私、ワクワクしています(笑)。





「エントロピーを減少させる出来事は起こり得るが、
それを「系の中から観察する」のは不可能」

「時間が1つの方向に流れることは、記録が保存され、出来事が観察されることを可能にする。
しかし、流れる方向が逆になると観察することはできない。」

以上の理屈で、逆方向の時間は認識できないので、時間は1方向にしか流れない(としか認識できない)、というのです。
一見すると、ものすごい荒業の理屈のように感じますが、
下記の記事を何度も読んでいるうちに、
「そうかもしれない」
と思えるようになってきました。





WIRED VISION
Chris Lee
2009/9/7
時はなぜ一方向なのか:観察者問題から説明
http://wiredvision.jp/news/200909/2009090723.html




(注1:)
可逆
ある系の状態が、別の状態に変化し、外部に対して何ら変化を残さずにそれがまた元の状態に戻ることができることを可逆(Reversible)と言う。



(注2:)
エントロピー
エントロピー (entropy) は、物質や熱の拡散の程度を表すパラメーターである。
エントロピーは、ドイツの物理学者クラウジウスが、カルノー・サイクルの研究をする中で、
dS=dQ/T
という式の形で導入した概念で、当初は、「でたらめさの尺度」としてではなく、熱力学における可逆性と不可逆性を研究するための概念であった。



(注3:)
時間の矢
時間の矢(じかんのや、Arrow of time)は、時間の非対称性(不可逆性)を表す言葉。
空間は前後左右上下とどの方向についても対称的に移動できるのに、時間は過去から未来にむけての一方向にしか(非対称的にしか)進行することがない。
これを、一度放ってしまえば戻ってくることはない矢で例えたもの。





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コメント
この記事へのコメント
エントロピーなど言わなくても・・・
ども。けやまです。
物理学科出身ということでコメント依頼を頂きましたが、残念ながらいまいち面白さが足りない印象でした。
「電車に乗ったら、その電車が走る様子を見ることができない」というのと同じ話ですよね?
エントロピー関連は話を面白くしようとする学者が多いみたいで、昔買った本で、数理物理学者が一般向けに書いたものに面白い話があったので、引用します。
「ノミを100匹捕まえて、それぞれに名前と番号を書いた札を付け、一つのマス目に一匹ずつ置いて観察することにしよう。すべてのノミが同時に初めのマス目に戻るまでにはどれだけ時間がかかるだろうか。(中略)
常識的な観測時間のあいだには、ノミたちが同じ並びかたに戻るところをみることはできないのだ。
 ノミを100匹も捕まえるのは無理だと言うのなら、ノミの飛び跳ね方について適当な仮定を設けてコンピューター・シミュレーションをすればよい。そのようにして得られた結果を論文にして、『非可逆性についての新理論』といった題名をつける。物理学の学術雑誌に投稿しようというなら下手に出てはいけない。「非可逆性の新しいメカニズムが発見された」ぐらい大胆な書き出しにして、「フィジカル・レビュー」誌に送りつけよう。もちろん掲載は拒否されて、そんな論文には何の価値もないとする三人のレフェリーの報告書が送られてくるだろう。けれどもそこであきらめてはならない。レフェリーの意見を取り入れてすぐに論文に手を入れ、レフェリーたちの報告書の間の矛盾を突くのだ。これを何度か繰り返すと、レフェリーの中には頭が変になってくる人がいるもので、論文は「フィジカル・レビュー」に掲載される。あなたがそれまで物理学者でなかったのなら、これでめでたく物理学者の仲間入りだ。」
D・ルエール著「偶然とカオス」岩波書店より。
この本を買ったのは16年前です。
実践している人がいたんだ!
2009/09/09(水) 23:34 | URL | けやま[ 編集]
けやまさん。ありがとうございます!さすが物理学科出身!
けやまさん、おはようございます!
猫宮です。

コメント、ありがとうございます!
とっても嬉しいです。

さすが、物理学科出身ですね!
相対論や量子力学などをみっちり勉強してきたのは
今も活きていますね。

けやまさんが引用した話は、とても参考になりました。

私が紹介した記事は、
「時間の矢は一方向だけ」という現代物理学の大問題を、
ただ単に、逆方向で観測記録が消えてしまうから、
の一言で説明するという、あまりの荒業(笑)で、
私も困惑していました。

けやさんのお陰で、すっきりしました。
私が紹介した記事は、トンデモ物理学者のトンデモ論文だったと
思えるようになりました。



4次元の中で、なぜ「時間の矢は一方向だけ」なのか、
という謎は、現代物理学の宇宙論でも、ビッグバン直後の
インフレーション理論や、超ひも理論などの本物の物理学者が、
懸命に、研究していますよね。



余談ですが・・・
「時間の矢は一方向だけ」という言葉は、
フィリップ・K・ディックの傑作
『逆まわりの世界』
を連想させますね。
たしか、けやまさんも、この本、大好きでしたよね。
(物理学を全く無視した設定の本でしたが(笑)。)

猫宮しろいち
2009/09/10(木) 09:31 | URL | 猫宮しろいち[ 編集]
トンデモ物理学者かどうかは不明
けやまです。「みっちり勉強してきた」などという事実はございません。
かの論文の作者もほうもトンデモ物理学者かどうかは不明です。
前回コメントを書いた時は気づいていませんでしたが、かの論文の掲載誌も私の引用通りの「フィジカル・レビュー」誌だったんですね。意外とこういうのを載せるのが恒例になってたりして。それはないか。
2009/09/12(土) 00:22 | URL | けやま[ 編集]
時間とは
ときどき本当に「流れる」ものなのか疑問になりますね。
2009/09/20(日) 00:48 | URL | 天照斑鳩大兄皇子[ 編集]
天照斑鳩大兄皇子さん、コメントありがとうございます!
天照斑鳩大兄皇子さん、おはようございます!
猫宮です。

時間とは1方向のみに「流れる」もの。
私は、そんな「常識」に囚われてしまっています。

時間とは、本当に「流れる」ものなのか?
という疑問を持つ天照斑鳩大兄皇子さんは、鋭い感性をお持ちですね。
さすがです。

ひょっとしたら、本当は時間は止まっていて、動いているのは、宇宙の住民である私たちであり、私たちが動いた痕跡が、「過去」になるのかも・・・。

猫宮しろいち
2009/09/20(日) 08:03 | URL | 猫宮しろいち[ 編集]
化学的の世界では不可逆的現象だらけです!
確かに物理的に考えれば時間の流れは奇異に感じるかも知れませんが、化学的には不可逆的反応は刻々と進行しています。つまり、酸素リッチの世界に住む生物にとって酸化反応は日常のエネルギー補給から分子生物学的老化に至るまで、あらゆる場面で過去には戻れない反応の完結として現実に存在しています。

キジトラ猫も時間の刻みについては時々不可思議に思うことはありますが、決して一方向に流れているとは思っていません。つまり、未来は多くの選択肢があり、人間自身で決定可能なところがあると思っています。海外旅行を選べば異なる人種に会えますし、近場を選べばお百姓さんとの会話への時間となります。確かにアナログ時計的には一方向です。また、化学的現象も熱力学的または反応論的に一方向です。しかし、精神的には海外旅行、国内旅行、家でブラブラと、未来を決定できる選択権があります。我家のキジトラ猫でさえも家で寝ているか、それとも外でコオロギと戯れるか、時々迷っているみたいです。

私の最大の疑問は、世界はビッグバーンから始まったという理論です。何故、それが世界で受け入れられているか不思議でしょうがありません。ビッグバーン以前の説明が何もなされていないからです。化学的に考えますと、ビッグバーンという言葉で世界の始まりを言い換えているだけで、何の論理的証明がなされているわけではないと思えてなりません。

どなたか、是非ともご教示の程を!

キジトラ猫
2009/09/22(火) 18:01 | URL | キジトラ猫[ 編集]
キジトラ猫さん。コメントありがとうございます!
キジトラ猫さん、こんばんは!
猫宮です。

お久しぶりです。
お元気でしょうか?

コメント、ありがとうございます!
とっても嬉しいです。


先ず、結論から、申し上げます。
分かりません。(笑)
ごめんなさい。


「時間が一方向に流れている」というのは、
私の書き方がよく無かったですね。
ごめんなさい。
決して、「決定可能」という意味ではありません。
空間の可逆性と異なり、
時間は、戻ることも出来ないし、
過去を観察することも出来ません。
そのことを、
「時間が一方向に流れている」
と表現しました。

「決定」は不可能、ということは、
量子力学の『不確定性理論』で証明されています。
キジトラ猫さんのおっしゃる通りです。
人間でも動物(猫ちゃん!(笑))でも、
未来は全くの未定です。
しかし、過去に戻ることは出来ません。

化学現象が一方向なのは、
「時間が一方向に流れている」
ということの具現だと思っています。

世界中の物理学者を悩ませているのは、
アインシュタインの『一般相対性理論』
(今現在、全く、間違いが発見されていない!)
において、時間が、逆方法に流れることを
許していることです。



ビッグバンについても、
分かりません。
ごめんなさい。

ビッグバンによって、
3次元の可逆な空間と、1次元の不可逆な時間が
生まれたので、
ビッグバン以前は、空間も時間も無かった、
ということです。
(『一般相対性理論』と『量子力学』とを結び付ける
ことを期待されている『超ひも理論』によると、
ビッグバンによって、ほんの一瞬11次元の時空が
生まれたのですが、「育った」のは、3次元の
空間と1次元の時間だけで、残りの7次元は
小さく丸まってしまった、とのことです。
ちなみに、『超ひも理論』では、小さく丸まって
しまった7次元も、小さく丸まった状態のまま、
今も存在しているとのことです。)
時間も空間も無い状態は、
私たち人間には、
その状態をイメージするするのは不可能だと
思っています。


キジトラ猫さんの求めている「論理的証明」とは
違うかもしれませんが、
ビッグバンがあったことは「証拠」が2つあります。

(1)
ひとつは、全宇宙の膨張です。全宇宙の銀河が膨張して
いることは、天文学者ハッブルが発見しました。
宇宙の銀河が広がっていく方向の逆方向を測定すると、
必ず、137億年前のある1点に集約されます。
137億年前のその1点こそが、ビッグバン、という
わけです。

(2)
もうひとつの証拠は、宇宙マイクロ波背景放射です。
天文学者ペンジアスとウィルソンが発見しました。
137億光年に広がる全宇宙のどこでも、
ある一定の宇宙マイクロ波背景放射が観測されます。
これは、全宇宙が1点に存在していた、という説明
以外に説明することができません。
これは、137億年前のビッグバンで1点に存在していた
全宇宙のエネルギーの名残が、宇宙と一緒に
広がっていったものです。
全宇宙が1点にあったからこそ、その1点のエネルギーが
宇宙が137億光年に広がっても、等しく均一に広がって
いったとしか、説明がつかないのです。



このblogを読んでくださっているかたの中に、
物理学科出身のかたがいらっしゃいましたら、
(私の稚拙な説明ではなく)
どうか、ちゃんとした説明をお願いします。



キジトラ猫さん。

全然、説明になっていなくて、ごめんなさいね・・・。

これに懲りず(笑)に、どうか、これからも、何でも、
コメントくださいね!

待っています。

猫宮しろいち
2009/09/22(火) 19:59 | URL | 猫宮しろいち[ 編集]
このブログがランキング一位なわけ
私の理解を超えているところが多々ですが、実に面白い(福山調(笑))
家電の値段を比べるサイトや、パソコンのtipsも面白いんだけど、おもしろさの質が違うな。
学生に戻ったみたいです。あ、学生の頃はこんなに真剣に聴講しなかったけど。(笑)
2009/10/01(木) 06:36 | URL | まんず[ 編集]
おしえてください
うちゅうがとまったら、どうなるんですか。
うちゅうぜんたいがとまったら、だれもきづかないとおもいます。
またうごきだしても、だれもきづかないとおもいます。
うちゅうはとまったりするんですか。
おしえてください。
2009/10/07(水) 23:25 | URL | ちびつこ[ 編集]
ちびつこさん。「時間の停止」は私にも分かりません。ごめんなさい。
ちびつこさん、初めまして!
猫宮です。

コメントを書いていただいて、ありがとうございます!
とっても嬉しいです。


ちびつこさんの着眼点は非常に鋭いですね。
ひょっとして、ちびつこさんは、物理学科出身なのでは?
(違っていたら、ごめんなさい。失礼をお許しください。)


ごめんなさい。
せっかく、ちびつこさんが「おしえてください」とコメントしていただいたのに、私には分かりません・・・。

全宇宙で時間が停止したとしても、人間も停止してしまうので、観測することは不可能です。
この宇宙のだれもが、「時間の停止」というのは、全く認識できません。

「時間の停止」があるのか?ないのか?
ごめんなさい・・・分かりません。


今回は、答えられなくて申し訳なかったですが、
どうか、これからも、何でも、コメントしてくださいね!
(励みになるのです。)

猫宮しろいち
2009/10/08(木) 08:35 | URL | 猫宮しろいち[ 編集]
ちびつこさん、はじめまして。
ちびつこさん、はじめまして。

「あのよろし」といいます。よろしく。

ちびつこさんが書かれているとおり、
宇宙全体の時間が止まってしまったら、
その中にいる限り、時間が止まったことは
わからなくなります。

でも、もし宇宙の外側に行くことができて、
そこから自分たちの宇宙を眺めることが
できたとしたら、宇宙の時間が止まるかどうか、
確かめることができると思います。

宇宙の中にいる限り、
宇宙が止まっても気付かないでしょうし、
止まって、しばらくしてまた動き出したとしても、
それも気付かないでしょうから、
止まっていても、止まっていなくても
どちらでもかまわないと言えます。

宇宙が止まったとしても、
何も悪いことは起きませんから、
心配しなくてもいいと思います。
2009/10/09(金) 00:45 | URL | あのよろし[ 編集]
ありがとうございました
ねこみやさん、あのよろしさん。
ありがとうございました。
2009/10/10(土) 00:28 | URL | ちびつこ[ 編集]
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