何故、四次元目が時間軸？

三次元が空間ということは分かります
しかし何故四次元目が時間軸なのでしょうか？

科学関係には疎くて子供に付き合って児童図書館に行ったときに科学コーナーで流し読みした本で四次元空間の四つ目の軸は時間軸であるという前提で色々話を進めていて、何故だろう？って疑問に思ったので教えてください。

No.4 ベストアンサー 回答者： fatbowler 回答日時： 2009/03/30 07:48

「時空」って言葉を聞いたことがありませんか？

時間と空間というのは常にセットになっていて、切っても切れない
関係にあります。
そこでアインシュタインは、3つの次元を持つ空間と時間を合わせて
四次元時空と呼び、物理学の理論はこの四次元時空をこそ対象にする
べきだと提唱しました。
かの有名な相対性理論です。
この世界は三次元の世界に見えますが、実は時間軸を加えた四次元の
世界だった、という訳です。

時間と空間が切っても切れない例を２つほど。
亜光速、つまり光速に近いほど猛烈な高速で飛ぶロケットの中では
時間がゆっくり進むことが理論上分かっています。
例えば、光速の87パーセントの速度では時間の流れは半分になります。
ではそのロケットの中の人は、光速を超えた速度を体験しているかと
いうと決してそうではなく、距離の感覚も半分になっているのです。
なので外から見た速度と中で感じる速度は変わりません。
相対性理論のことを書いた本には必ず登場する、ローレンツ変換です。
ご覧になった児童図書館の本にも書いてあったのではないでしょうか。

もう1つ。
ある瞬間、太陽に大異変が起こったとします。
太陽から地球まで、光速で約8分20秒掛かるので、大異変から
8分20秒後にようやく地球上の人はそれを知ることができるのです。
太陽の近くの宇宙船で異変に気付いた人が地球に連絡をしようと
しても、8分20秒後でなければその連絡は届きません。
超光速通信なんていうものは、SFの世界にしか存在しないのです。
地球と太陽は同じ世界に存在するように見えますが、瞬間は決して
相互作用を及ぼすことのできない、言わば別次元の世界にあり、
この「相互作用を及ぼすことのできる世界」は光速で四方八方に
球状に広がっていきます。
四次元空間は我々に理解できないので、空間を二次元に省略して
時間軸を3つ目の軸に取った三次元空間を考えると、この
「相互作用を及ぼすことのできる世界」は円すいの形をしているので
「ライトコーン」（光の円すい）と呼ばれます。
ご覧になった児童図書館の本には無かったかもしれませんが、高校生が
読むレベルの読みもの（ブルーバックスなど）には書いてあります。

繰り返しになりますが、時間と空間は切っても切れない関係にあり、
世の中のことを正しく記述するには、三次元の空間ではなく4つ目の
軸を時間とした四次元時空を対象にしなければならなかったのです。

No.5 回答者： doc_sunday 回答日時： 2009/03/30 08:34

＃２と＃４のお答えの「中間」みたいなものですね。

アインシュタインの「時空連続体」では空間と時間が「渾然一体」になります。
一方、空間に第四の次元が「無いか」と言われれば「あるかも知れないけど測定出来ない」訳で、こちらは上限がよく分からない。
二十年も前から人気のある「超ひも理論」では十一次元の時空連続体が四次元の時空連続体に「収縮」した、様な解釈がされていますが、私の(ほとんどの人の)数学的能力を超えています。
その中で時間軸が複数あるモデルも「あるかも知れない」と提唱者の本に書いてありました。提唱者でもよく分からない部分があるらしい。

この回答へのお礼

皆様ありがとうございました。
よくわかりました。

お礼日時：2009/04/07 23:07

No.3 回答者： kaitara1 回答日時： 2009/03/30 06:07

空間内をものが移動するためには空間だけでは不可能だからではないでしょうか。

空間がＮ次元だったら（Ｎ+１）次元は時間になるように思います。

No.2 回答者： semikuma 回答日時： 2009/03/29 23:38

端的にはNo.1の通りですが、もう少し付け加えておきます。

我々が住むこの世界(空間)の位置は、縦、横、高さの3軸(三次元)で全て表すことができ、自由に移動できます。
学問的には、四次元、五次元、・・・と無限の座標軸を定義できる多次元空間もありますが、我々には実感できませんし、移動することもできません。
ところが一つだけ、実感はできるが自由には移動できない軸があり、それが時間軸です。
子供向きということで、解り易く4番目を時間軸にとったのではないですか。

No.1 回答者： Aman_Jack 回答日時： 2009/03/29 23:25

なぜ四次元目が時間軸かと考えるより、「この現実の三次元の空間に、時間軸という次元を１つ加えたものを四次元と呼んでいる」と考えるべきだと思います。

四次元というのはそういう定義だとしか言えないような気がします。