平凡社 世界大百科事典

時空

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xix1xx2yx3zx2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x0ct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xit)と与えることによって決定される。時間はあらゆる物理的記述に先立って与えられている絶対的なものであった。ところがアインシュタインの思考実験により,二つの事象の同時性は,座標系のとり方に依存する相対的なものであることがわかり,時間概念の絶対性は失われることになった。さらにその数学的発展であるローレンツ変換においては,空間座標と時間が互いに移り変わる。これは,時間も空間座標と対等な資格しかもたないことを意味する。

 このような事情を数学的に明らかにするために,H.ミンコフスキーによってミンコフスキー空間(ミンコフスキー時空)というものが考えられた。これはふつうの三次元の空間のほかに,時間を第4番目の座標としてもつ四次元擬ユークリッド空間であり,これが時空のもっとも簡単な表現である。説明を簡単にするためにyzを省略し,xct(これをwと書く)からなる二次元のミンコフスキー時空を考えてみよう(図)。質点がある時刻にある場所にあるという事象は,この時空の中の1点で表され,世界点と呼ばれる。いろいろな時刻における世界点をつなげると世界線と呼ばれる直線,または曲線となり,これが質点の運動の過去から未来にわたる歴史を表している。→相対性理論

藤井 保憲
図-二次元のミンコフスキー時空
図-二次元のミンコフスキー時空