●時空【じくう】

時間という概念を考えるとき，19世紀までは，ニュートンの絶対時間，絶対空間という考え方が一般的であった。つまり，絶対時間とはなにものにも規制されることなく，それ自身，一様に流れるものであり，同様に絶対空間とはなにものにも規制されることなく，それ自身，一様に存在するとし，時間と空間は独立かつ不動のものであると考えた。ところが，1905年アインシュタインが特殊相対性理論により，時間と空間が互いに関連し合って1つの四次元時空間を形成するとした。これを時空と呼ぶ。動いている物体の長さや進み方が静止しているときに比べて縮んだり遅れたりする特殊相対論的効果は，時間と空間が互いにその一部を交換して生じるのである。

縦、横、高さの3次元をもつ空間に、時間も加えた4次元の座標で表される広義の空間。特殊相対論では、時間と空間は不可分、同格で、この時空をミンコフスキー空間と呼ぶ。光はこの空間の光円錐に沿ってまっすぐ進み、物体はこの円錐の内側を動く。その道筋が世界線。
(尾関章 朝日新聞記者 ／ 2007年)

１ 時間と空間。「時空を超越する」
２ 時間と通常の空間（ユークリッド空間）の三次元を合わせた四次元のこと。

アインシュタインの特殊相対性理論によって初めて明らかにされた概念であり，空間座標xⁱ(x¹＝x,x²＝y,x³＝z。x²は2番目のx座標という意味で，xの2乗ではない)と，第4番目の時間座標x⁰＝ctとからなる四次元的空間のこと(cは光速度，tは時間)。時空間ともいう。アインシュタイン以前においては時間と空間はまったく別のものであった。例えば質点の運動は，その空間的な座標xⁱを時間tの関数としてxⁱ(t)と与えることによって決定される。

時間と空間の統一体。ニュートンは、絶対時間と絶対空間の概念を導入した。絶対時間は、他の何物にも規制されず、それ自身、一様に流れる。絶対空間は、他の何物にも規制されず、それ自身、一様に不動に存在する。つまり、ニュートンの考えでは時間と空間は独立であり、かつ不動である。この考え方が19世紀までの基本的な考えであり、時空という概念はなかった。

　アインシュタインは1905年に、光速はどんな観測者からみても一様である、物理学の基本方程式は等速直線運動をしているどんな観測者からみても同じである、という原理を基にして、特殊相対性理論を提唱した。すると、時間と空間は、もはや独立ではなく、ミンコフスキー時空という一様な四次元空間となる。運動している物差しの長さが縮んだり、時計が遅れたりする特殊相対論的効果は、時間と空間が互いにその一部を交換して生ずるのである。アインシュタインは、さらに進んで一般相対性理論を提唱した（1916）。そこではニュートンの万有引力の法則にかわって、重力を四次元時空のゆがみと考える。つまり、重力という「力」は存在せず、物体はゆがんだ時空の中の最短距離（測地線）を走る。一般相対論的時空は、もはや不動でも一様でもなく、物質の存在により規定され、動的で非一様なものである。

［松田卓也］