去年暮れに「量子力学」の本を読んでから、この手の本をよく読むようになった。
今週はR・モリスの時間についての考察を読んだ。ごっつ面白いやん．．．
『Ｋ中間子』というこの世で確認されている唯一の時間反転物質があるのには驚いた。
これまで、どんな素粒子の反応にも時間の逆転など一度も観測されたことはないという
たとえ１００万分の１秒程度の出来事ではあっても、原子核反応のすべての現象で時間の対称性は守られていた。多くの原子核は電子を放出するとたちまちベータ崩壊して反粒子をつくるけれど、そこでも時間はちゃんと流れていた。それがＫ中間子だけには時間の反転が見られた。すごっ！！
何かこみあげてくるものがあるぞね。
もっともＫ中間子は人工的にしか観察されたことがないのでつが。自然界にあるとは断定もできない。加速器のなかで見えるだけ。それも３種類のＫ中間子があって、一つはプラスの電荷、一つはマイナスの電荷、一つは中性になっている。
このうちの中性Ｋ中間子だけがごくわずかではあるけれど、時間の対称性を破ってしまうようだ。
これだけで満腹という気がする。
すでに特殊相対性理論は観測者にとっての時間の歩みを伸ばしたり縮ませたりしたのだし、一般相対性理論は時間を単独で扱うことをあきらめさせて、時空連続体という見方をしなければ話にならんというところまであきらかにしたのだし。
陽電子が発見されてその研究がすすんだとき、ファインマンがおもしろいことを仮説した。
ほとんどの粒子には反粒子があるのだが、その粒子と反粒子が衝突すると互いに消滅し（対消滅）し、その場にエネルギーが発生する。
たとえば電子とその反粒子である陽電子がぶつかると、二つが消えてガンマ線が出る。この反応は物質がエネルギーに変換した例で、世界で最も恐ろしい方程式といわれるアインシュタインのＥ＝ｍｃ2から導ける。物質がこのようにエネルギーに変換されるなら、この逆のプロセスもおこるかもしれない。事実、ある状況のもとでガンマ線が粒子と反粒子の対に変換することがある。ガンマ線がある条件のもとではガンマ線自身を消失させて、そこに電子と陽電子がひょっこりあらわれるのだ。
ファインマンはこのことを、陽電子が「時間を逆向きに動く電子」だというふうにみなしてもかまわないのではないかと仮説した。何事にも出現と消滅があるけれど、電子においては突然の時間の逆転が消滅なのである。
ファインマン図
反粒子には未来から過去の方向に矢印がついている
ファインマンの仮説はまだ証明されていない。
しかし、このようなことが時間をめぐって許容されているというのは、時間そのものを相手にした議論としては、もう充分なほどの思考実験をしてきたことを告げているようにおもう。
たとえばブラックホールでは、時間が重力場の外に出ることすらできないと考えられている。そこにはシュヴァルツシルドの半径というこの世で一番厳格な半径が張っている。むろん証明されたわけではない。しかし、時間なんてそんなものではないかとおもうのだ。ホーキングはいっとき、ブラックホールが少ないほうが「過去」、ブラックホールがふえていくほうが「未来」だと考えたほうがわかりやすいんじゃないかと言うたほど。大半の科学が扱う時間に対称性が成り立っているからといって、科学が時間の不可逆にしがみついていることはないのである。
科学にとっては、時間が有史以来、特定の方向に向かって一様に流れているというのは、宇宙がビッグバンこのかた膨張していることから由来するのだろうけれど、だからといってそれがどんな細部の現象にもあてはまると考えるのは、やりすぎに思う。そればかりか、生命にとっての時間や情報にとっての時間を考えると、Ｋ中間子で時間の対称性が破れたくらいのことは、とっくにおこっているとさえ言いたくなる。ようするに、時間をひとつの現象として扱うのは、そろそろ限界にきているということかな。
宇宙の時間軸と空間軸での人間の位置づけ
そういえば、アウグスティヌスは「時とは何か」という問いに応えて、こう書いていた、「誰も私に問わなければ、私はそれを知っている。誰か問う者に説明しようとすれば、私はそれを知ってはいない」というふうに。
古代は総じて、時間は循環的なもの、周期的なもの、もしくは円環的なものだと想定されていた。釈尊も同じように感じていただろう。
それがだんだん直線的な時間の観念ばかりが大手をふるようになっていったのは、おそらくユダヤ・キリスト教の影響だろふ。とくにキリスト教が天地創造を特定時点での開始とみなしたのに辻褄をあわせて終末論というものをもちこんでから、時間は直線を流れるようになった。時間は不分明な開始と忌まわしい終点をもったのだ。いまでは鉛筆で左から右に向かって一本の線を引き、そこに任意の１点を打って、「ここを現在とするとね」といえば、誰もが左は「過去」で、右が「未来」というふうに認識するようになってしまった。かつて仏教では「三世実有」（さんぜじつう）とも「過未無体」（かみむたい）とも言ったのに‥‥。
科学において、このキリスト教的な時間の流れの見方に乗ったのはアイザック・ニュートンである。ニュートンは絶対空間とともに絶対時間を確定し、ｔ と－ｔ とのあいだの不可逆を樹立してみせた。
これはその後の科学と哲学の大半をのせる土台になっていく。世の家系図もダーウィンの進化論もこの絶対進行を疑わない。世の中も脱進機のついた時計の普及とともにこの一直線を疑わなくなった。世界はたった一種類の時間の支配下に入ったのだ。
このことに反旗をひるがえしたのがフリードリッヒ・ニーチェである。ニーチェの「永遠回帰」の思想とは、キリスト教的な「一直線の時間」に対決するためのものだったといってよい。ニーチェの思想には古代ディオニソスの循環時間世界が蘇っていた。しかしこれは遅すぎた。すでに１９世紀の後半は、直線的な時間の流れに乗って近代科学の基礎の大半が築かれていたにょね。
もうひとつ言及すると、こと時間の科学や哲学に関するかぎりは、ニーチェは線状的なキリスト教型時間を壊すために永劫の循環時間をもちだすこともなかったのである。いまでは時間の科学は「時空図」というＸ軸に空間をＹ軸に時間をあらわしたグラフ上にあらわすようになっていて、そこでは「過去」も「現在」も「未来」も同時に存在しうるようになっているから。これはアインシュタインの相対性理論を理解するにはどうしても必要です。
時空図の例
光の進む道筋が光円錐とよばれる
物理学の法則の大半は微分方程式になっている。微分方程式がわからないではフィジカル・イメージはほとんど描像を結ばない。とはいえ僕文系．．．笑
これは科学が扱う物理量の大部分が時間とともに変化しているからで、そのため、時間の科学は「時間とともに変化するものとは何か」をめぐっていくつかの劇的な結節点を迎えた。そして、その結節点のつど、奇妙な時間のふるまいとの闘いが何度も演じられた。
最初の結節点はおそらく数学が「瞬間」や「極限」や「無限小」に立ち向かったときで、これはニュートンやライプニッツが微積分の方法を発見（発明？）して、「限りなく微小な不可分割量」や「生成しはじめる増分」という考え方を白日のもとに引きずり出したせいだった。どんなすぐれた科学もそうであるけれど、この考え方も当初はかなり分の悪いものだった。知覚の相対性に関心をよせた１８世紀初頭の怪僧ジョージ・バークリー（『人知原理論』の著者）は、無限小だなんてまるで「死んだ量の幽霊」のようなものじゃないかと揶揄したし、ニュートン力学のフランスへの普及に貢献したはずのヴォルテールでさえ、微積分は「存在さえ許されないものを厳密にしようとしている技術」だと苦笑した。
しかし、やがて微積分法と微分方程式こそが自然界の摂理を牛耳っていることがあきらかになっていった。いわゆる「ラプラスの魔」の存在だって、微分方程式の全能ぶりに惚れての発案だった。ラプラスは、自然の運動に関するどこか１点の運動方程式がわかれば、その次の瞬間の運動もその次の瞬間の運動も確定できるのだから、宇宙のどこかにはそうした運動のすべてを知っている全知全能の魔物（決定論の魔物）がいるということを"予言"したわけで、この魔物も微積分法が正当でなければその存在は許されないはずなのです 笑
やがてコーシーが無限小という厄介を「極限」の概念に替え、さらにワイエルシュトラウスがこれを洗練させると、微積分法はすっかり論理の矛盾を払拭したものになった。そのとき、時間が微分方程式に隠された科学の主語として全世界に躍り出たのです。
時間をめぐる最も難解な結節点は、熱力学第二法則によってやってきたといっていいでしょう。
熱力学第二法則は、「エネルギーを或るかたちから別のかたちに変えるどんなプロセスにおいても、エネルギーの一部は必ず熱となって散逸する」というもので、物理法則のなかではいつも特別扱いされてきて、最も深遠な法則だとみなされてきた。たしかに熱力学の法則にはいくらつきあっていても謎を創り出す魔法の槌のようなところがあって、他の物理法則にくらべて格段の真相を秘めているとおもえるものなのではあるけれど、言明していることは明確で単純である。熱力学第一法則である「エネルギー保存の原理」とともにくだいていえば、第一法則は「無から何かを生み出すことはできない」、第二法則は「その収支の辻褄はあわない」と言明したことです。
この熱力学第二法則が時間の問題に立ちはだかる結節点になったというのは、近代科学が地球の起源や宇宙の起源や原子の起源の解明に乗り出したためである。
J・ハットンは１７９５年の『地球の理論』で、岩石や鉱物を分析すれば地球は少なくとも数百万年の時間をへてきたはずだと説いて、「現在というのは過去を含んでいるのだ」という仮説を発表した。これをチャールズ・ライエルが１８３０年に『地質学原理』に普遍化して採用し、この『地質学原理』一冊を携えてチャールズ・ダーウィンがビーグル号の航海に出て、かの進化論を確立した。
これらはすべての発展・進化・進歩は時間とともに未来に向かっているという通念を世の中に植え付けた。ハットン、ライエル、ダーウィンは正真正銘の科学者ではあったけれど、そこには「時間とともに進歩するもの」があるという明白な含意があって、それを社会の通念としてハーバート・スペンサーやトマス・ハックスリーが抜き出した。そのため近代社会のいっさいのドラゴンボール的進歩思想を支えるエンジンが、ここに一挙にまわりはじめたわけです。
ところが、時間とともにすべてがうまく進むということはありえないのではないかというのが、熱力学第二法則。このことに最初に気がついたのは、クラウジウスとともに熱力学の法則を導いたケルヴィン卿ことW・トムソンだったろう。ケルヴィンは世界を斉一的に解明するのには無理があると考えた。それはつまり、効率の悪いこと、辻褄があわないことが時間とともにおきているという警告だった。
しかし、このような熱力学が示唆した問題を社会通念がうけいれるのは容易ではない。いまでも熱力学的な時間のことを理解している社会人なんて、ごくわずかしかいないだろうし。
熱力学と時間の関係というのは「エントロPの矢」をどう考えるかという問題である。「エントロPの矢」が「時間の矢」や「情報の矢」とどういう関係にあるのかという問題だす。
この問題は全物理学にとっても全生物学にとっても、かなりの難問。エントロPちゃんの動向は平衡系と非平衡系ではまったく違う様相となるし、閉鎖系と開放系でも異なっている。生物は非平衡開放系に属しているのだから、たんなる物理的熱力学的の現象とは区別しなければならない。だから、腰を入れて議論せざるをえない問題です。まだそういう哲人はあまり出現していないけれど、エントロピーと時間の関係は、科学を成立させている根拠を問題にする哲学にも関与するはずです。
２０世紀になって、時間の科学はめまぐるしい転換を見せた。次から次へと結節点がやってくる。
たとえば、原子核の物理学を拓いたラザフォードは原子の"生存時間"を問題にしたのだが、やがて量子力学が急速に拡充し、素粒子の相互作用があきらかになるにつれ、時間は極小粒子のふるまいによってあらわされているのではないかという考え方が出てきた。「有限」というものを極小に向けて考えようとすれば、その有限をあらわす現象（たとえばベータ崩壊）が時間そのものの発生に見えてくるからです。
説明するまでもなく、アインシュタインが特殊相対性理論で披露した時間のふるまいも驚くべきものでした。空間的にへだたった出来事には同時はありえないという理論で、運動状態の異なる観測者によってなされた時間測定は一致しないということを告げた。ある観測者には「過去」であることが、他の観測者には「未来」になることがありうる。アインシュタインは、はっきりとそう言明したのである。これを時間のほうからいえば、時間は空間のなかで伸びたり縮んだりしているということになる。また観測者のほうからいえば、運動している観測者にはそれぞれの「固有時」というものがあるということになる。ここに、誰もが２０００年にわたってなんとなく疑いもしなかった「同時」の真実が崩れてしまった。
もっというなら、このときもはや時間を時間としてだけ追いかけることが不可能になったのである。時間の科学はここで立ち往生した。物質が時空の曲率や重力場のシワそのものを意味することになったように、時間は空間とひっつき、もはや分離不能のものになる。ファイマンが陽電子は時間を逆向きに動いていると見たのは、いいかえれば、電子の動向の裏側に時間がくっついてしまったということなのです。
R・モリスの本では、時間の方向を区別するには、少なくとも５本の時間の矢をもちださなければならないと書いてある。
第１の矢は「宇宙膨張がもたらした時間の矢」である。これは、宇宙の物質が過去には圧縮し、未来に向かって分散しているということをあらわす。
第２の矢が「熱力学の矢」で、これがエントロPーの矢にあたる。
第３の矢は「電磁気学的な矢」。光を含む電磁波が過去から未来に向かっていることを示す。この矢が少しでも曖昧なそぶりをあらわすなら、過去のどの一点にも信号をおくることが可能になって、ほとんどの因果律が壊れることになる。タイムマシンもすぐ作れることになる。だからこれが崩れることはないだろう。
それでもホイーラーとファインマンはこの矢と宇宙膨張がどこかで関連していることを示唆して、物質がなんらかの理由で時間を"吸収"するという仮説をたてた。が、いまのところこの仮説は証明されてはいない。もし実証されれば、「未来から収束してくる波動」というものを想定することになり、個人的にはオモロイ‥‥。
第４の矢はＫ中間子が見せた「人工時空における逆時間の矢」である。このことは、実はもっともっと議論されたほうがよい問題で、Ｋ中間子だけがあらわしたものではないはずだ。ひょっとすると、ここには物質の旋回性や対称性の問題がからまってきて、かなり複雑な様相を呈するはずなのですが、モリスは本書ではまったくふれなかった。この本の唯一もの足りない点だす。
第５の矢についても、本書はまったく言及しなかった。ただ「意識の矢」があると指摘しただけ。むろんここにも生物時計のありかからセロトニンの作用まで、ざっと１ダース以上の時間の区別が認められるはずである。
そもそも熱力学第二法則は「エネルギーを或るかたちから別のかたちに変えるどんなプロセスにおいても、エネルギーの一部は必ず熱となって散逸する」ということを言っている。ところが、分子の衝突、原子核の反応、物体の運動、惑星の動向などとは異なって、熱の散逸は時間に対称的ではないプロセスをもつ。
熱というものはどんなときも熱い状態から冷たい状態に流れる。自然ではこの逆はおこらない。これがエントロピー増大の法則である。「エントロピーの矢」のふるまいである。けれども熱が逆向きに流れるということ、いや、熱を逆向きに流すようにすることは、自然の摂理にさからいさえすれば、いくらでもできることなのでつ。冷蔵庫がそのようになっているのだが、冷蔵庫のモーターは外から電気を入れて熱を汲み出し、これを外部に放出している。これはエネルギーを消費しているということにあたる。物理学ではこれを「仕事をした」というらしい。
つまりエネルギーを消費して仕事をするのなら、熱は逆向きに流れるのでつ。外部に熱を流し出せるなら（これが「散逸」）、「エントロピーの矢」に逆行する出来事をおこしたっていいわけなのでつ。
実は生命系こそがこのことをやってのけた系だった。生命系は冷蔵庫ではないけれど、太陽と地球がもたらす熱力学的な外部環境（エネルギー）をうまくつかって、情報転写や物質代謝をやってのけるバイオモーターをつくり、これを動かしつづける自律的なしくみをつくった。そこでは「エントロPの矢」はエントロPを増大させないような仕組みが仕上がった。生命系は、シュレディンガーがまさに言ったように「負のエントロP」を食べたのだ。
エントロPは事態を無秩序に運ぶ矢をもっている。生命系はその矢に対抗して秩序をつくる。むろん宇宙全体からみれば太陽-地球には大エントロピーが支配しているのだが（だからいずれは太陽の炎症か地球の危機とともに生命系をあやしくさせるはずではあるけれど）、少なくとも生命系というものをひとつの"数十億年のつらなり"と見るのなら、そこでは小エントロPを吐き出す仕組みがみごとに成立したということなのでつ。
そうだとすれば、この小エントロPの処理の仕方に時間の処理が（したがって情報の処理が）交じっていてもおかしくはない。
エネルギーを消費して仕事をする能力をもつ系のことを、熱力学では「非平衡系」というらしい。熱の散逸を内外のエネルギーの差で処理している系である。
ということは、エントロPが増大するとは非平衡が欠如しているということになる。非平衡になること、すなわち利用可能なエネルギーが消失していくことが、エントロPが増大することなのだ。
エントロPの増大は閉鎖系でしかおこらない。系として閉じているところにエントロPの増大がおこる。これは熱力学閉鎖系というものになる。宇宙全体は、当たり前のことではあるが、巨大な熱平衡に向かっている閉鎖系である。ここでは大エントロPが支配する。
一方、外部の影響をうける系、いいかえれば外部の影響によって仕事ができる系は熱力学的には非平衡な開放系である。宇宙には外部はないから、宇宙全体に開放系を想定することは意味がない。つまり大エントロピーには開放系はない。そのかわり宇宙の局所には、小エントロピーとの拮抗をくりかえしているような適度な開放系はいくらでも想定することができる。太陽と地球がこの小エントロピーとの拮抗の舞台となった開放系だった。
こうして、すべての地球上の生命がこの非平衡開放系をたくみに活用した「負のエントロピー」を食べるシステムをつくりあげたということになる。太陽の光エネルギーをつかってクロロフィルが光合成をして、その養分をつかって全生物が生きまくること、これが非平衡開放系の生物たちの最大の特色になったのである。
しかし、このような説明では「エントロPの矢」と「時間の矢」の関係をいっさい解読していない。すなわち、「時間の矢」や「エントロPの矢」を生命系にあてはめようとしたとたん、往々にして科学の得意なロジックの多くが立ち往生してしまう。
「だから言わんこっちゃなかっただろう」という気分に、また戻ってしまう。時間を時間だけとりあげて議論するのは、もう無理なのだろうなぁと。それだけではなく、時間をｔ や－ｔ といった時間だけで成立させているかぎり、エントロPちゃんも情報もいったんは自立して考えざるをえなくなって、仮にそれらの関係をまぜこぜにしたくとも、それをすることができなくなってしまう。
せめて「時空」を単位に思考をすすめるか、「時間の非対称性」を最初からロジックに入れておくか、それとも時間を１単位にしないで、メタ時間や時間子や派生時間子といったことを勘定に入れるべきなのかもしれませぬな。
まっ文系の偉そうなたわごとですわ 笑
