時間

物理学・哲学・生物学で異なる定義を持つ基本概念で、相対性理論と原子時計によって測定される事象の順序と持続。

時間

概要

時間は事象の順序と持続を表す基本概念であり、物理学・哲学・生物学・文化全般でそれぞれ異なる仕方で定義される。ニュートンは絶対的で一様に流れる時間を想定したが、アインシュタインの相対性理論は、時間が慣性系と重力場に応じて変化する相対的な次元であることを示した。現代科学において時間は、エントロピー増大という方向性を持つと同時に、セシウム原子の振動数によって精密に定義される測定可能な物理量である。

主要な内容

物理学における時間

古典力学と絶対時間

ニュートン力学において時間 t は、どこでも同じように流れる絶対的な背景である。ガリレオの相対性原理とともに、古典物理学は時間を空間から独立した座標として扱い、この観点は日常スケールでは依然として有効な近似として用いられる。

相対性理論

特殊相対性理論は同時性の相対性と時間の遅れを導入した。速く動く観測者の時間は遅く流れ、これはミューオンの寿命延長や双子のパラドックスによって説明される。一般相対性理論は、重力が強いほど時間が遅く流れると予測し、GPS衛星は1日約38マイクロ秒の補正を適用して位置誤差を防いでいる。

熱力学と時間の矢

熱力学第二法則は、孤立系のエントロピーが増大すると述べ、これが過去と未来を区別する「時間の矢」を作る。エディントンが命名したこの概念は、宇宙初期の低いエントロピー状態から出発し、微視的な物理法則が時間対称性を持つにもかかわらず巨視的な不可逆性が現れる理由を説明する中心的な主題である。

量子力学と時間

シュレーディンガー方程式は時間を外部パラメータとして扱う。時空間の量子化を試みるホイーラー・ドウィット方程式では時間変数が消える「時間の問題」が生じ、ページ・ウッターズ時計模型のように時間を系内部の相対的関係として再解釈しようとする試みが続いている。

時間の測定

暦法と時計の歴史

日時計と水時計から始まった時間測定は、1656年のホイヘンスの振り子時計、18世紀のハリソンの海上クロノメーターを経て精密化した。標準時と時間帯の体系は、19世紀の鉄道と電信の発達とともに整備された。

原子時計とSI秒

1967年、国際単位系は秒をセシウム-133原子の基底状態にある二つの超微細準位間の遷移振動数9,192,631,770周期と定義した。その後、光格子時計やイオン時計が登場して10^-18水準の精度に達し、2019年のSI再定義でも秒の定義はそのまま維持された。

協定世界時とうるう秒

1972年に導入された協定世界時(UTC)は、原子時と地球自転を折衷するためにうるう秒を挿入してきた。しかし地球自転の変動とコンピューティングシステムの負担のため、2022年の国際度量衡総会は2035年までにうるう秒を廃止することで合意した。

哲学と心理学の時間

アウグスティヌスは「時間とは何か。誰も尋ねなければ、私は知っている」と述べ、時間を魂の拡張として解釈した。マクタガートは、事象を過去・現在・未来として配列するA系列と、前後関係で配列するB系列を区別し、これは現在主義と永遠主義（ブロック宇宙）の論争につながった。心理学では、時間知覚が注意・覚醒・情動によって歪み、ドーパミンと小脳が内的時間推定に関与するという研究が蓄積されてきた。

生物学的時間

生物時計は視交叉上核(SCN)を中心に約24時間周期の概日リズムを調整する。2017年のノーベル生理学・医学賞は、こうした分子機構を明らかにしたホール、ロスバッシュ、ヤングに授与され、睡眠・代謝・免疫機能との関連が引き続き解明されている。

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