『次元』とは? 空間の構造を表す、不思議で面白いアイディア

私たちの世界は3次元だと言われます。しかし、理論物理学では10次元とか11次元なんかが考えられているそうですよ? 人間の想像力って、すごい!

というわけで、今回のテーマは「次元」。世界の構造を示す指標ですね。何種類の数字があれば、空間の中の特定の場所を決められるかって話。英語だとdimension

次元とは?

例えば、私たちが感じている空間は「幅」・「奥行き」・「高さ」の3つの数字によって表すことが可能。だから、3次元空間だとされます。「前後」「左右」「上下」と言い変えた方が、より分かりやすいかもしれません


(この記事の画像はすべて、ウィキペディアより)

1次元空間は「奥行き」だけで表すことができ、「前後だけ」の空間。2次元空間は「奥行き」と「幅」で表すことができ「前後左右」の空間だと言われます。

あえて図形で表現すると、こんな感じ。1次元は直線、2次元は平面、3次元は立体のイメージ。

4次元空間は「幅」・「奥行き」・「高さ」に加えて、もう1つ何かが必要になってくるけど……上手く想像できませんね(笑)

まぁ、しょうがない話。だって、私たちは3次元空間の生き物なので。3次元空間の生き物が、4次元空間なんて想像できる方がおかしい!

ちなみに、4次元空間=3次元空間に「時間」を加えたもの、というのが一般的なイメージだと思いますが、学術的にはそうでもないよう。3次元空間+時間というのは、あくまで創作の中で作られたイメージってこと。

この世界は、4次元時空?

さて、私たちの感じている世界は何次元でしょうか? 一般的には「3次元」だと思っている人が多いのでは?

ところが、物理学的には「4次元時空」と言った方が正確らしいですよ! 私たちの世界は「幅」「奥行き」「高さ」+「時間」によって表現されます。つまり、3次元空間+1次元時間の4次元時空という理屈。空間としては3次元で正しいけど、世界としては4次元。

例えば、他の人と待ち合わせをするとします。この場合、幅・奥行き・高さによって「場所」を決めるだけじゃ合流できませんよね。待ち合わせする「時間」も決めておかないと。

つまり、この世界の特定のポイントを指定するには「幅」「奥行き」「高さ」「時間」の4つの数字が必要。言われてみれば、そうですよね。

……「3次元空間+2次元時間」の5次元世界とかも、あり得るんでしょうか? 4次元空間も全く想像できないけど、2次元時間なんてのも想像できませんねぇ(笑)

1次元時間は直線のイメージだけど、2次元時間は「平面的な時間」? 時間の奥行き……? 1次元時間の生物には意味不明すぎます。

思いついた人、天才すぎじゃない!?

しかしまぁ、この「次元」ってアイディアを思い付いた人は天才すぎでは? 変態的とも言えるかもしれませんが(笑) 今では一般人でも何となくは理解していますが、発想がすごすぎ!

確かに、直線・平面・立体と言うものは日常生活の中でも見つけることが出来ます。しかし、それは「3次元空間の中の直線・平面・立体」にすぎません。

そこから「この世界の空間は、幅・奥行き・高さの3つで表現することが出来る。だから、私たちの世界は3次元空間だ!」って思いつくのは天才ですよ。

さらに「1次元空間・2次元空間・3次元空間があるってことは、4次元空間もあり得るんじゃね?」って思いついた人も天才。

4次元とか、具体的にイメージできないようなわけの分からんものを思いつけるのがすごすぎでしょ。

調べてみても「次元」というアイディアを初めて思いついた人はよく分かりませんでしたが、この世界を1番最初に4次元時空だと表現したのはヘルマン・ミンコフスキーという人。

1907年ごろにミンコフスキーは、1905年にアインシュタインが発表した「特殊相対性理論」が時間の次元と空間の3つの次元を1つに組み合わせた4次元の時空という考え方を使うことでより簡単に説明できることを発見したのです!

う~ん、天才のアイディアは、また別の天才のアイディアを生み出すのでしょうか?

10次元11次元、理論物理学の世界

本当に、天才というか最新の科学研究している人たちの考えてることって一般人には完全に意味不明でわけが分からなかったりしますよね(笑)

最近の宇宙研究・物理学の研究では、この世界を単純な4次元時空として見ていては説明できないことが発見されている様子。

宇宙の謎を説明するには4次元時空よりも高次の時空が必要だとされ、これを「余剰次元(よじょうじげん)」と言います。

なんでも、仮に10次元とか11次元の時空間が存在するならば、謎が説明できるらしいけど……11次元!? 「幅」「奥行き」「高さ」「時間」と、残りの7つはいったい……?

う~ん、もはや一般人には理解も想像もできません(笑) 4次元空間(=5次元時空)でも想像できないのに、11次元時空とか意味不明すぎます……

しかも、こういった余剰次元は現在の実験では見ることのできないくらい小さなスケールに「巻き上げ」られているかも知れない、とのこと。次元が巻き上げられている……? イメージできません!

もちろん、今までの10次元11次元といった話は仮説であり、内容として正しいと証明されてはいません。そういうことを考えてる人がいるって話。

でも、なんというか、研究者ってすごいですよねぇ。「11次元」というアイディアもすごいけど、「仮に11次元があったら、宇宙の謎が説明できるな!」なんて思いついちゃうのがすごすぎる。

一般人には理解も想像もできませんが、研究者にとっては理解も想像もできるのでしょう。人間って面白いですねぇ。直接的な五感では絶対に感じられないような、11次元なんてものを考えている人がいる。

人間の好奇心・想像力、すごいもんだと思いません? 世界の構造も不思議だけど、人間も不思議ですよ。

まとめ

・何種類の数字があれば、世界の中の特定の場所を決められるかってこと

・実は、私たちの世界は4次元時空!

・しかし、このアイディアを思いついた人天才すぎじゃね?

・最近の宇宙研究や物理学の研究では、10次元11次元なんて仮説も!?

・そんな仮説を思いついちゃう研究者の想像力がすごい

・世界の構造も不思議だけど、人間も不思議では

 

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