時空という、Albert Einsteinの相対性理論の中核をなす空間と時間の織り合わさった構造ほど、現実に対する我々の理解を根本的に変えた現代科学の概念は、ほとんどない。
時空はしばしば「現実の構造」と表現される。ある説明では、この構造は固定された4次元の「ブロック宇宙」と呼ばれ、過去、現在、未来のすべての事象の完全な地図とされる。
また別の説明では、それは重力に応じて曲がり湾曲する動的な場である。しかし、時空が存在すると言うことは本当は何を意味するのだろうか？それはどのような種類のものなのか——時空は構造なのか、実体なのか、それとも比喩なのか？
現代物理学の中核
これらの問いは単に哲学的なものではない。それらは現代物理学をどう解釈するかの中核に位置しており、一般相対性理論の理解の仕方からタイムトラベル、多元宇宙、そして我々の起源をどう想像するかまで、すべてを静かに形作っている。
これらの問いは、時空そのものの創発や、時空を宇宙の記憶として扱う急進的な新提案に関わっている。しかしながら、時空を記述するために我々が使う言語は、しばしば曖昧で、比喩的で、深く矛盾している。
オーストリア系イギリス人哲学者Ludwig Wittgensteinはかつて、「言語が休暇に出かける」ときに哲学的問題が生じると警告した。物理学は、実のところ、その典型例かもしれない。
過去1世紀にわたり、「時間」、「存在する」、「無時間的」といった馴染みのある言葉が、日常会話から持ち込まれる荷物を検討することなく、技術的な文脈で再利用されてきた。
これが、これらの用語が実際に何を意味するかについての広範な混乱を招いている。
言語の問題
物理学の哲学、特に永遠主義として知られる見解において、「無時間的」という言葉は文字通りの意味で使われる。永遠主義とは、時間は流れたり過ぎ去ったりしない——すべての時間にわたるすべての事象が「ブロック宇宙」として知られる4次元構造内で等しく実在するという考えである。
この見解によれば、宇宙の全歴史はすでに、時空の構造の中に無時間的に配置されている。この文脈において、「無時間的」とは、宇宙自体がいかなる実質的な意味でも持続したり展開したりしないことを意味する。生成はない。変化はない。ただブロックがあり、永遠のすべてがその中に無時間的に存在するだけである。
しかし、これはより深い問題につながる。永遠を通じて起こるすべてが等しく実在し、すべての事象がすでにそこにあるとすれば、時空が存在すると言うことは実際には何を意味するのだろうか？
部屋の中の象
存在と生起には構造的な違いがある。一方は在り方の様式であり、他方は起こり方の様式である。
あなたの隣に象が立っていると想像してみよう。あなたはおそらく「この象は存在する」と言うだろう。それを3次元の物体として記述するかもしれないが、重要なのは、それが「存在する3次元の物体」であることである。
対照的に、部屋に一瞬だけ現れる純粋に3次元の象を想像してみよう：存在する象の生涯における断面的な瞬間が、幽霊のように現れては消える。その象は通常の意味では実際に存在しない。それは起こる。それは生起する。
存在する象は時間を通じて持続し、時空はその存在のすべての瞬間を4次元の世界線——物体が存在を通じて空間と時間を通る経路——として記録する。想像上の「生起する象」は、その管の空間的な切片の一つにすぎない；一つの3次元の瞬間である。
さて、この区別を時空そのものに適用してみよう。4次元時空が象が存在するという意味で存在するとは何を意味するのか？時空は同じ意味で持続するのか？時空はそれ自身の「今」の瞬間の集合を持つのか？それとも時空——永遠を通じて起こるすべての事象の多様体——は単に生起するものなのか？時空は単にそれらの事象を関係づけるための記述的枠組みなのか？
永遠主義はこの区別を曖昧にする。それは永遠のすべて——つまり、時空のすべて——を存在する構造として扱い、時間の経過を幻想とみなす。しかし、時空のすべてが一瞬で生起するならば、その幻想は不可能である。
この枠組みの中で時間が経過するという幻想を回復するためには、4次元時空は、その存在が4次元時空によって記述される3次元の存在する象により近い様式で存在しなければならない。
すべての事象
この思考をもう一歩進めてみよう。
宇宙の歴史を通じたすべての事象がブロック宇宙内に「存在する」と想像するならば、ブロック自体はいつ存在するのかと問うかもしれない。それが展開したり変化したりしないのなら、無時間的に存在するのか？もしそうなら、文字通りの意味で無時間的であるはずのものに、時間の別の次元を重ねていることになる。
これを理解するために、3つの空間次元と2つの時間次元を使った5次元の枠組みを構築することができる。2番目の時間軸により、4次元時空が、我々の周りの3次元空間内に象が存在すると一般的に考えるのとまったく同じ方法で存在すると言うことができるだろう。その事象を我々は4次元時空として記録している。
この時点で、我々は時空を4次元のみで記述する確立された物理学から踏み出している。しかし、これは深い問題を明らかにする：我々は、物理学の一部ではない追加の次元を通じて時間を誤って密輸入することなく、時空が存在するとはどういう意味かについて首尾一貫した話し方を持たないのである。
それは、演奏されたり、聞かれたり、展開したりすることなく、一度にすべて存在する歌を記述しようとするようなものである。
物理学からフィクションへ
この混乱は、フィクションやポップサイエンスで時間をどう想像するかを形作っている。
1984年のJames Cameron映画『ターミネーター』では、すべての事象は固定されたものとして扱われる。タイムトラベルは可能だが、タイムラインは変更できない。すべてはすでに固定された無時間的な状態で存在している。
『アベンジャーズ』シリーズの第4作『アベンジャーズ：エンドゲーム』（2019年）では、タイムトラベルによってキャラクターが過去の事象を変更し、タイムラインを作り変えることができ、存在し、かつ変化するブロック宇宙を示唆している。
その変化は、4次元のタイムラインが我々の3次元世界が存在するのと同じ方法で存在する場合にのみ起こりうる。
しかし、そのような変化が可能かどうかに関わらず、両方のシナリオは過去と未来がそこにあり、旅行する準備ができていることを前提としている。しかし、どちらもそれがどのような種類の存在を意味するのか、あるいは時空が事象の地図とどう異なるのかには取り組んでいない。
現実を理解する
物理学者が時空が「存在する」と言うとき、彼らはしばしば存在と生起の境界線を静かに曖昧にしてきた枠組みの中で作業している。その結果は、良くても明確さを欠き、最悪の場合は現実の本質そのものを覆い隠す形而上学的モデルである。
これらのいずれも、相対性理論の数学的理論や、それを確認する実証科学を危険にさらすものではない。Einsteinの方程式は依然として機能する。しかし、これらの方程式をどう解釈するかは重要であり、特にそれが現実について話す方法を形作り、物理学のより深い問題にどうアプローチするかを形作るときには重要である。
これらの理解には、一般相対性理論を量子理論と調和させる試みが含まれる——これは哲学と一般科学の議論の両方で探求されている課題である。
時空を定義することは、技術的な議論以上のものである——それは我々がどのような世界に住んでいると考えるかについてである。
