4次元世界

 一般に、4次元とよばれるものには、「時空」「空間」の2通りの考え方がある。

4次元時空

 一つ目は、宇宙がもつ3次元空間と1つの次元の時間を一体のものとみなして、「4次元時空」とよばれるものである。時空とは「空間と時間をあわせたもの」という意味である。

 「特殊相対性理論」は、ニュートンの言う万有引力、すなわち「重力」を扱うことのできないものであった。アインシュタインが 特殊相対性理論 を重力を扱うことのできる理論へ拡張したものが「一般相対性理論」である。一般相対性理論は、重力の作用を「4次元時空の曲がり」、すなわち、3次元空間の曲がりと時間の遅れとして説明している。

 「4次元時空が曲がる」とはどういう意味か? 直線と曲線はどちらも1次元である。同様に、平面と曲面はどちらも2次元である。そして、3次元空間や4次元時空にも、真っ直ぐな場合と曲がった場合がある。その曲がり具合こそ重力の正体である。地球の表面は2次元の球面である。だが、私たちにとって地球はあまりにも大きく、地面はほとんど平らに感じられる。これと同様に、この4次元時空は曲がっているのだが、その曲がりはあまりにも小さい。そのため、私たちがその曲がりを実感することは難しいのである。

 すなわち、一般相対性理論によれば、質量をもつ物体があると周囲の時空が曲がる。そして、質量をもつ物体は、時空の曲がりに吸い込まれるようにして運動する。これが重力によるものであるという。

 ところで、時間としての4次元は認識しやすい。ドラえもん の4次元ポケットも、ポケットの中に手を入れることによって、未来に手を伸ばし必要なものを持ってくるという意味では、「4次元時空ポケット」と言ったほうが正しいでしょう。

 近未来にはタイムマシンが発明され、この時空を行き来することが出来るようになるという。

 

4次元空間

 2つ目は、3次元空間に時間の次元でない もう1つの空間次元を付け加えた「4次元空間」である。すなわち、私たちが住んでいる「縦・横・高さの世界」である3次元に、垂直な方向を考えたのが4次元空間である。

 

 4次元は想像の世界でしかないのかというと、そうでもない。物理学では、昔から4つの力を1つに統一するという大きな目標のため、4次元以上の空間を現実のものとして考えてきました。

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