Name: 過去はまだ存在するのか？ (Does the Past Still Exist?)
Uploaded: 2024-11-24T09:55:34.000Z
Duration: 16 min 7 s

One of the biggest mysteries of our existence is also one of the biggest mysteries of physics.

私たちの存在の最大の謎のひとつは、物理学の最大の謎のひとつでもある。

We experience time as passing with a special moment that we call now.

私たちは "今 "と呼ばれる特別な瞬間とともに時間が過ぎていくことを経験する。

今、あなたはこのビデオを見ている。

Half an hour ago you were doing something else.

30分前、あなたは別のことをしていた。

Whatever you did, there's no way to change it.

あなたが何をしたにせよ、それを変える方法はない。

And what you will do in half an hour is up to you.

30分後に何をするかはあなた次第だ。

少なくとも、私たちはそう時間を認識している。

But what physics tells us about time is very different from our perception.

しかし、物理学が時間について教えてくれることは、私たちの認識とは大きく異なる。

The person who figured this out was none other than Albert Einstein.

これを発見したのは、他ならぬアルバート・アインシュタインである。

結局、彼はすべてを知っているようなものだった。

What did Einstein teach us about the past, the present and the future?

アインシュタインは過去、現在、未来について何を教えてくれたのだろうか？

The topic we're talking about today is covered in more detail in my new book Existential Physics which will be published in August.

今日お話しするトピックは、8月に出版される私の新著『実存する物理学』で詳しく取り上げています。

You find more info about the book at existentialphysics.com We think about time as something that works the same for everyone and every object.

この本についての詳細は、existentialphysics.comをご覧ください。 私たちは時間というものを、誰にとっても、どの物体にとっても同じように働くものだと考えている。

If one second passes for me, one second passes for you, and one second passes for the clouds above.

私にとって1秒が過ぎれば、あなたにとっても1秒が過ぎ、上空の雲にとっても1秒が過ぎる。

つまり、時間は普遍的なパラメータなのだ。

This parameter labels how much time passes and also what we all mean by now.

このパラメーターは、時間の経過を示すものであり、私たちが今何を意味しているのかを示すものでもある。

Hermann Minkowski was the first to notice that this may not be quite right.

ヘルマン・ミンコフスキーは、これがまったく正しくない可能性があることに最初に気づいた。

He noticed that Maxwell's equations of electrodynamics make much more sense if one treats time as a dimension, not as a parameter.

彼は、マクスウェルの電気力学の方程式が、時間をパラメーターとしてではなく、ひとつの次元として扱えば、より理にかなっていることに気づいた。

Just like a ball doesn't change if you rotate one direction of space into another, Maxwell's equations don't change if you rotate one direction of space into time.

ボールが空間の一方向を別の方向に回転させても変わらないように、マクスウェルの方程式も空間の一方向を時間に回転させても変わらない。

So, Minkowski said, we just combine space with time, to a four-dimensional space-time, and then we can rotate space into time, just like we can rotate two directions of space into each other.

そこでミンコフスキーは、空間と時間を組み合わせて4次元時空にし、空間の2つの方向を互いに回転させることができるように、空間を時間に回転させればいいと言った。

And that naturally explains why Maxwell's equations have the symmetry they do have.

マクスウェル方程式がなぜこのような対称性を持っているのかも、当然説明がつく。

It doesn't have anything to do with electric and magnetic fields, it comes from the properties of space and time themselves.

それは電場や磁場とは関係なく、空間と時間そのものの性質から来るものだ。

I can't draw a flower, let alone four dimensions, but I can just about manage two straight lines, one for time and the other for at least one dimension of space.

四次元はおろか、花も描けないが、2本の直線、1本は時間、もう1本は少なくとも1次元の空間はなんとか描ける。

If you just stand still, then your motion in such a diagram is a straight vertical line.

ただ立っているだけなら、このような図の中での動きはまっすぐな垂直線になる。

If you move at a constant velocity, your motion is a straight line tilted at some angle.

等速で移動する場合、その運動はある角度で傾いた直線となる。

So, if you change velocity, you rotate in space-time.

つまり、速度が変われば時空の中で回転する。

The maximal velocity at which you can move is the speed of light, which by convention is usually drawn at a 45 degree angle.

移動可能な最大速度は光速であり、慣例では通常45度の角度で描かれる。

In space, we can go forward, backward, left, right, or up and down.

宇宙では、前進、後退、左右、上下に進むことができる。

In time, we can only go forward, we can't make a u-turn, and there aren't any driveways for awkward three-point turns either.

そのうちに、前進しかできなくなり、Uターンもできなくなり、厄介な3点ターンのための車道もなくなる。

So time is still different from space in some respects.

だから、時間は空間とはやはり違う部分がある。

But now that time is also a dimension, it's clear that it's just a label for coordinates.

しかし、時間もまたひとつの次元である今、それが座標のラベルに過ぎないことは明らかだ。

There are many ways to put labels on a two-dimensional space, because you can choose your axes as you want.

軸を自由に選べるので、2次元空間にラベルを貼る方法はたくさんある。

Once you have made time into a dimension, the labels on it don't mean much.

時間をひとつの次元にしてしまえば、そこに貼られたラベルはあまり意味をなさない。

So what, then, is the time that we talk about?

では、私たちが話している時間とは何なのか？

What does it even mean that time is a dimension?

時間が次元であるとはどういうことなのか？

That could explain the strange sounds you've been hearing at night?

夜中に聞こえていた奇妙な音も、それで説明がつくのでは？

No, that's a separate problem I'm afraid I can't help you with.

いや、それは別の問題で、残念ながら力になれない。

It was Albert Einstein who understood what this means.

この意味を理解したのはアルベルト・アインシュタインだった。

If we also want to understand it, we need four assumptions.

それを理解しようとするなら、4つの前提が必要だ。

The speed of light in a vacuum is finite, it's always the same, nothing can go faster than the speed of light, and all observers' viewpoints are equally valid.

真空中の光速は有限であり、常に同じであり、光速より速く進むものはなく、すべての観測者の視点は等しく有効である。

This formed the basis of Einstein's theory of special relativity.

これがアインシュタインの特殊相対性理論の基礎となった。

Oh, and also, the observers don't have to exist.

それと、オブザーバーは存在しなくてもいい。

I mean, this is theoretical physics, so we're talking about theoretical observers, basically.

つまり、これは理論物理学なのだから、基本的には理論的観測者について話しているのだ。

So if there could be an observer with a certain viewpoint, then that viewpoint is equally valid as yours.

つまり、ある視点を持つ観察者が存在しうるのであれば、その視点はあなたの視点と同じように有効なのだ。

オブザーバーとは誰なのか、何なのか？

What do you need to observe to deserve being called an observer, and what do you have to observe with?

オブザーバーと呼ばれるに値するには、何を観察する必要があるのか？

Believe it or not, there's actually quite some discussion about this the scientific literature.

信じられないかもしれないが、実はこのことについては科学文献でかなり議論されている。

We'll sidestep this interesting discussion and use the word observer the same way that Einstein did, which is a coordinate system.

この興味深い議論は横に置いて、アインシュタインと同じようにオブザーバーという言葉を使うことにしよう。

You see, it's a coordinate system that a theoretical observer might use, dolphin or otherwise.

ほら、これはイルカであろうとなかろうと、理論上の観察者が使うかもしれない座標系なんだ。

Yeah, maybe not exactly what the FBI thinks an observer is, but then if it was good enough for Einstein, it'll be good enough for us.

FBIが考えるオブザーバーとは少し違うかもしれないが、アインシュタインにとって十分だったのなら、我々にとっても十分だろう。

So Einstein's assumption basically means any coordinate system should be as good as any other for describing physical reality.

つまり、アインシュタインの仮定は、物理的な現実を記述するためには、どの座標系も他の座標系と同じように優れていなければならないということだ。

These four assumptions sound rather innocent at first, but they have profound consequences.

この4つの仮定は、一見何の変哲もないように聞こえるが、実は重大な結果をもたらす。

The speed of light is finite, and nothing goes faster than light.

光速は有限であり、光より速く進むものはない。

You're probably watching this video on a screen, a phone or laptop.

おそらくこのビデオをスクリーンや携帯電話、ノートパソコンで見ていることだろう。

今、スクリーンはそこにありますか？

Unless you're from the future watching this video as a hologram in your space house, I'm going to assume the answer is yes.

あなたが未来から来た人でない限り、宇宙の家でホログラムとしてこのビデオを見ているのなら、答えはイエスだと思うことにする。

But a physicist might point out that actually, you don't know.

しかし、物理学者に言わせれば、実際にはわからないということになる。

Because the light that's emitted from the screen now hasn't reached you yet.

なぜなら、今スクリーンから発せられている光はまだあなたに届いていないからだ。

Also, if you are from the future watching this as a hologram, make sure to look at me from the right.

また、これをホログラムで見ている未来から来た人は、必ず私を右から見てください。

Maybe you hold the phone in your hand, but nerve signals are ridiculously slow compared to light.

携帯電話を手に持っているかもしれないが、神経信号は光に比べてとんでもなく遅い。

If you couldn't see your hand and someone snatched your phone, it'd take several microseconds for information that the phone is gone to even arrive in your brain.

手元が見えず、誰かに携帯をひったくられた場合、携帯がなくなったという情報が脳に届くのに数マイクロ秒かかる。

So how do you know your phone is there now?

では、携帯電話がそこにあることをどうやって知るのですか？

One way to answer this question is to say, well, you don't know, and really you don't know that anything exists now other than your own thoughts.

この質問に答えるひとつの方法は、「わからない」と言うことだ。本当に、自分自身の考え以外に今存在しているものは何もわからない。

I think, therefore I am, as Descartes summed it up.

デカルトが要約したように、「我思う、ゆえに我あり」である。

This isn't wrong, I'll come back to this later, but it's not how normal people use the word now.

これは間違ってはいない。後でまた説明するが、今の普通の人たちはこの言葉を使わない。

We talk about things that happen now all the time, and we never worry about how long it takes for light to travel.

私たちは今起こっていることについていつも話しているし、光がどれくらいで移動するかなど気にしたこともない。

Why can't we just agree on some now and get on with it?

なぜ、私たちは今、いくつかのことに同意して、それに取り掛かることができないのですか？

I mean, think back of that space-time diagram.

つまり、時空図を思い返してほしい。

Clearly, this flat line is now, so let's just agree on this and move on.

明らかに、このフラットラインは今だから、これに同意して次に進もう。

Okay, but if this is to be physics rather than just a diagram, you have to come up with an operational procedure to determine what we mean by now.

しかし、もしこれが単なる図ではなく物理学的なものであるならば、私たちが今何を意味しているのかを判断するための操作手順を考え出さなければならない。

それを測る方法を見つけなければならない。

Einstein did just that in what he called Gedankenexperiment, a thought experiment.

アインシュタインはゲダンケネ・エクスペリメント（思考実験）と呼ばれるもので、まさにそれを行った。

He said, suppose you place a mirror to your right and one to your left.

右と左に鏡を置いたとしよう。

You and the mirrors are at a fixed distance to each other, so in the space-time diagram it looks like this.

あなたと鏡は互いに一定の距離にあるので、時空図ではこのようになる。

You send one photon left and one right and make sure that both photons leave you at the same time.

左と右に1つずつ光子を送り、2つの光子が同時に離れるようにする。

Then you wait to see whether the photons come back at the same time.

そして、光子が同時に戻ってくるかどうかを待つ。

If they don't, you adjust your position until they do.

そうでなければ、そうなるまでポジションを調整する。

Now remember Einstein's second assumption.

アインシュタインの2番目の仮定を思い出してほしい。

This means, if you can send photons to both mirrors and they come back at the same time, then you must be exactly in the middle between the mirrors.

つまり、両方の鏡に光子を送り、それらが同時に戻ってくるのであれば、あなたは鏡のちょうど真ん中にいなければならない。

The final step is then to say that at exactly half the time it takes for the photons to return, you know they must be bouncing off the mirror.

最後のステップは、光子が戻ってくるまでの時間のちょうど半分の時間で、光子が鏡で跳ね返っているはずだと言うことだ。

You could say, now, at the right moment, even though the light from there hasn't reached you yet.

まだそこからの光は届いていないけれど、今、この瞬間に、とも言える。

It looks like you've found a way to construct now.

今は組み立ての方法を見つけたようだね。

Suppose you have a friend who flies by at some constant velocity, maybe in a spaceship.

宇宙船に乗って、ある一定の速度で飛んでくる友人がいるとする。

Her name is Alice, she's much cooler than you, and you have no idea why she's agreed to be friends with you.

彼女の名前はアリスで、あなたよりずっとクールだし、なぜ彼女があなたと友達になることに同意したのか、あなたにはわからない。

But here she is, speeding by in her spaceship left to right.

しかし、彼女はここにいる。左から右へと宇宙船で疾走している。

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過去はまだ存在するのか？ (Does the Past Still Exist?)

extremely

present

constant

basically