4次元時空

空間軸と時間軸は、大きく性質が異なる。空間は3次元だが、時間は過去から現在そして未来へと向かう一本道なので、1次元のみである。その上、時間は自由に行き来できないどころか、現在の時刻に踏みとどまることさえ出来ない。

また、空間の上下左右に優劣が無いように、空間軸はプラス方向、マイナス方向は対等である。ところが時間は、過去と未来は対等ではない。過去は未来に影響を与えることはできるが、未来は過去に影響を与えることは出来ないのである。このようなことを「時間の矢」と呼ぶ。

このように、空間と時間はとても対等なものとは言いづらく、19世紀まではこれを統合して考えられることは無かった。

空間と時間は一体であることを見いだしたのは、アインシュタインである。

古典物理学においては、空間と時間は絶対的なものであった。しかし、アインシュタインの特殊相対性理論はそれを否定し、この宇宙で絶対的なものは「光速」だけとした。

この理論により、立場により空間や時間は伸び縮みすると予言された。特殊相対性理論によると、空間が伸縮する時には、必ず時間も伸縮する。つまり、時間と空間は切っても切れない関係にあることが分かった。

かくしてアインシュタインは、この宇宙の3次元空間と、1次元の時間を一体化し、これを4次元時空と呼んだのである。

アインシュタインが完成させた一般相対性理論によると、4次元時空は「曲がる」。より具体的には、3次元空間は曲がり、時間は遅れる。

例えば、これによって「リンゴの落下」は次のように説明できる。「地球が存在すると、その周辺の4次元時空は曲がる。そこにあるリンゴは、その4次元時空の曲がりに従って、坂道を転がるようにして地球に向かっていく」。

一般相対性理論による4次元時空の説明を受け入れれば、この世に重力などは存在しない、ということである。