Why We Say the 4th Dimension Is Length, Width, Height Plus Time

みなさん、こんにちは。田中たなか和かずです。今日きょうは「次元じげん」の話はなしをします。ドラえもんの「4次元じげんポケット」を知っしっていますか？　ふしぎなポケットですね。でも、本当ほんとうの4次元じげんは、アニメだけの話はなしではありません。科学かがくの世界せかいで大切たいせつな考え方かんがえかたです。

第1章：私たちの世界は3次元

まず、簡単かんたんに次元じげんを考えかんがえましょう。私わたしたちのまわりには、長ながさ、幅はば、高たかさの3つの次元じげんがあります。[1] これが3次元じげん（3D）の空間くうかんです。物ものの場所ばしょは、この3つで決まりきまります。

第2章：アインシュタインと4次元

約やく100年ねん前まえ、アインシュタインという有名ゆうめいな科学かがく者しゃがいました。彼かれは「時間じかんも次元じげんだ」と考えかんがえました。[1] 時間じかんは、長ながさや幅はばと同じおなじように、世界せかいを説明せつめいするために必要ひつようなものです。アインシュタインの一般いっぱん相対性理論そうたいせいりろんでは、空間くうかんと時間じかんは別々べつべつではなく、一緒いっしょになった「時空じくう」という4次元じげんのものです。[1] 重力じゅうりょくも、この時空じくうの形かたちから生まれるうまれるのです。[1]

第3章：もっと高い次元の世界

4次元じげんより高いたかい次元じげんの考え方かんがえかたもあります。いくつかの理論りろんでは、私わたしたちの宇宙うちゅうは11次元じげんの構造こうぞうだと言わいわれています。[1] これは「マルチバース」という、たくさんの宇宙うちゅうがあるという考え方かんがえかたの一部いちぶです。[1] 10次元じげんや11次元じげんの世界せかいは、私わたしたちの目めには見えみえませんが、物理ぶつり学がくの研究けんきゅうで大切たいせつなテーマになっています。

専門家の見解

研究けんきゅう者しゃによると、高いたかい次元じげんの世界せかいはまだよくわかっていません。しかし、未来みらいの科学かがくで、4次元じげんやそれ以上いじょうの次元じげんについて、新しいあたらしい発見はっけんがあるかもしれません。[1]

今日きょうは「次元じげん」の話はなしをしました。ドラえもんのポケットのように、科学かがくはいつも私わたしたちの想像そうぞうを広げひろげてくれますね。以上いじょう、スタジオから田中たなか和かずがお伝えおつたえしました。

皆様みなさま、こんばんは。ニュースキャスターの田中たなかです。本日ほんじつは、私わたしたちが暮らすくらす空間くうかんの根本こんぽんを問いとい直すなおす特集とくしゅうをお届けとどけします。「次元じげん」という言葉ことばは、アニメやSFの世界せかいでよく耳みみにしますが、物理ぶつり学がくの最前線さいぜんせんでは、宇宙うちゅうの真しんの姿すがたを解き明かすときあかす鍵かぎとして、今いまなお熱いあつい議論ぎろんが交わさかわされています。なぜ第だい四よんの次元じげんは「時間じかん」なのか。そして、そこからさらに高こう次元じげんへと広がるひろがる理論りろんの旅路たびじを、わかりやすく解説かいせつします。

第1章：日常に潜む次元 — ドラえもんのポケットが示すもの

私わたしたちが日常にちじょう的てきに認識にんしきしている空間くうかんは、縦たて、横よこ、高たかさの三さん次元じげんで構成こうせいされています。[1] 机つくえの上うえのコップも、通勤つうきん電車でんしゃの車両しゃりょうも、すべてこの三さん次元じげんの枠組みわくぐみの中なかで位置いちや形状けいじょうが決まりきまります。しかし、人気にんき漫画まんが「ドラえもん」に登場とうじょうする「四よん次元じげんポケット」は、この常識じょうしきを軽々とかるがると飛び越えとびこえます。ポケットの中なかには無限むげんに近いちかい道具どうぐが収納しゅうのうされており、外見がいけんからは想像そうぞうもつかない広がりひろがりを持っもっています。これは、私わたしたちの三さん次元じげん空間くうかんに、もうひとつ別べつの次元じげんが加わっくわわった世界せかいを直感ちょっかん的てきに示唆しさしてくれる、優れすぐれた比喩ひゆと言えるいえるでしょう。

では、物理ぶつり学者がくしゃたちが真剣しんけんに議論ぎろんする「第だい四よんの次元じげん」とは、一体いったい何なになのでしょうか。

第2章：アインシュタインが拓いた四次元時空 — 重力は幾何学である

20世紀せいき初頭しょとう、アルベルト・アインシュタインは、それまでの常識じょうしきを覆すくつがえす革命かくめい的てきなアイデアを提唱ていしょうしました。特殊とくしゅ相対性理論そうたいせいりろん、そして一般いっぱん相対性理論そうたいせいりろんにおいて、時間じかんはもはや空間くうかんとは独立どくりつした、絶対ぜったい的てきに流れるながれるものではありませんでした。時間じかんは、空間くうかんの三さん次元じげんと対等たいとうに扱わあつかわれる、物理ぶつり的てきな「次元じげん」として位置づけいちづけられたのです。[1] この枠組みわくぐみの中なかで、空間くうかんと時間じかんは一体いったいとなり、「四よん次元じげん時空じくう」と呼ばよばれる連続れんぞく体たいを形成けいせいします。[1]

この理論りろんの最ももっとも驚くおどろくべき帰結きけつの一つひとつは、重力じゅうりょくの本質ほんしつに関するにかんするものです。一般いっぱん相対性理論そうたいせいりろんによれば、重力じゅうりょくとは、質量しつりょうを持っもった物体ぶったいが周囲しゅういの時空じくうを歪まいがませることで生じるしょうじる現象げんしょうです。つまり、重力じゅうりょくは「力ちから」ではなく、四よん次元じげん時空じくうの「幾何きか学がく」の結果けっかであると解釈かいしゃくされるのです。[1] 地球ちきゅうが太陽たいようの周りまわりを回るまわるのも、リンゴが木きから落ちるおちるのも、すべては時空じくうの歪みゆがみに沿っそった運動うんどうに他たなりません。この洞察どうさつは、ニュートン以来いらいの重力じゅうりょく観かんを根底こんていから変えかえ、現代げんだい宇宙うちゅう論ろんの礎いしずえとなりました。

第3章：超ひも理論とM理論が描く、10次元から11次元の宇宙

では、次元じげんは4つで終わりおわりなのでしょうか。物理ぶつり学がくはさらにその先さきへと進んすすんでいます。自然しぜん界かいの四つよっつの力ちから（重力じゅうりょく、電磁気でんじき力りょく、強いつよい力ちから、弱いよわい力ちから）を統一とういつ的てきに説明せつめいしようとする試みこころみの中なかで、特にとくに有望ゆうぼう視しされているのが「超ちょうひも理論りろん」です。この理論りろんは、物質ぶっしつの最小さいしょう単位たんいが点てんではなく、振動しんどうする微小びしょうな「ひも」であると仮定かていします。そして、数学すうがく的てきな整合せいごう性せいを保つたもつためには、私わたしたちの宇宙うちゅうが、空間くうかんの9次元じげんと時間じかん1次元じげん、合計ごうけい10次元じげんでなければならないと予言よげんするのです。

さらに、超ちょうひも理論りろんの複数ふくすうのバージョンを統合とうごうする形かたちで提唱ていしょうされたのが「M理論りろん」です。この理論りろんが想定そうていする宇宙うちゅうの次元じげんは、なんと11次元じげん。私わたしたちが認識にんしきできる三さん次元じげん空間くうかんと時間じかんに加えくわえ、残りのこりの7次元じげんは極めてきわめて小さくちいさく折り畳まおりたたまれているため、普段ふだんは観測かんそくにかからないと考えかんがえられています。一部いちぶの理論りろん物理ぶつり学者がくしゃは、こうした高次こうじ元もと構造こうぞうこそが、この現実げんじつを形作るかたちづくる根本こんぽん原理げんりであり、宇宙うちゅうは11次元じげんの多重たじゅう宇宙うちゅう構造こうぞうを持つもつとすら想定そうていしているのです。[1]

第4章：専門家が見る次元論の現在 — 「私たちは高次元を感じられるか」

今回こんかいの特集とくしゅうにあたり、都内とないの大学だいがくで理論りろん物理ぶつり学がくを研究けんきゅうする高橋たかはし教授きょうじゅに話はなしを伺いうかがいました。高橋たかはし教授きょうじゅは、「四よん次元じげん時空じくうの概念がいねんは、もはや理論りろん物理ぶつり学がくの基礎きそであり、GPS衛星えいせいの時刻じこく補正ほせいなど、実用じつよう技術ぎじゅつにも応用おうようされています。一方いっぽうで、超ちょうひも理論りろんやM理論りろんが描くえがく高こう次元じげんは、依然としていぜんとして実験じっけん的てきな検証けんしょうが難しいむずかしい領域りょういきです」と指摘してきします。

また、「四よん次元じげんポケットのような想像そうぞう力りょくは、科学かがく的てき発見はっけんの出発しゅっぱつ点てんとして重要じゅうようです。アインシュタインも、光ひかりの速度そくどで移動いどうする自分じぶんを思い描くおもいえがく思考しこう実験じっけんから相対性理論そうたいせいりろんに到達とうたつしました。私わたしたちが高こう次元じげんを直接ちょくせつ体験たいけんすることはできなくとも、数学すうがくと想像そうぞう力りょくを駆使くしすることで、宇宙うちゅうの深層しんそう構造こうぞうに迫るせまることができるのです」と、若いわかい世代せだいへの期待きたいを語りかたりました。

第5章：終わりに — 次元を巡る知の冒険は続く

日常にちじょう生活せいかつの三さん次元じげんから、時間じかんを含むふくむ四よん次元じげん時空じくう、そして理論りろんが予言よげんする10次元じげん、11次元じげんの世界せかいへ。「次元じげん」を巡るめぐる旅たびは、人類じんるいの知的ちてき好奇こうき心しんの最前線さいぜんせんに他たなりません。もちろん、これらの高次こうじ元もと宇宙うちゅう論ろんは、未だいまだ仮説かせつの域いきを出でず、批判ひはんや代替だいたい理論りろんも存在そんざいします。しかし、もし将来しょうらい、高こう次元じげんの痕跡こんせきを捉えるとらえることができれば、それは宇宙うちゅう誕生たんじょうの謎なぞや、この世界せかいの成り立ちなりたちに対するにたいする私わたしたちの理解りかいを根底こんていから覆すくつがえすことになるでしょう。

本日ほんじつは、なぜ第だい四よんの次元じげんが時間じかんと呼ばよばれるのか、その深遠しんえんな理由りゆうと、さらにその先さきに広がるひろがる理論りろんの展望てんぼうをお伝えおつたえしました。ニュースキャスターの田中たなかがお届けとどけしました。