光の速度はなぜ有限なのか

by

本稿は前回の「時間はどこにあり、「いま」はどこで生まれるのか」という話の続きとして、「なぜ光速は有限なのか」という問いから出発し、時間の意味を物理の骨格として整理する。

1. 問いの出発点：なぜ光速は有限なのか

直感的には、質量ゼロの光は無限に速くなれそうに見える。しかし現実には、真空中の光速は有限であり、しかも観測者によらず一定であることが確立されている[1]。ここで問うべきは光が速い理由ではなく、世界がなぜ速度上限を持つ構造なのかという点である。重要なのは、光速が光という物体の性質ではなく、時空の変換則（ローレンツ変換）に組み込まれた定数として現れる点だ[1]。すなわち、光速とは光だけの話ではなく、因果と情報伝播の枠組みそのものを規定している。

2. 質量ゼロ＝無限速度ではない

質量がないなら無限に速いという発想は、同時性が暗黙に絶対であるニュートン的世界観に由来する。相対論的な枠組みでは、質量の有無はどの速度が許されるかを分類するが、速度上限そのものを作るわけではない[1]。相対論的には、エネルギーE・運動量p・質量mの関係は次式で表される。

1
E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2

ここでm=0のときE=pcとなり、静止という状態が定義できない。その結果、質量ゼロの存在はv=cに固定される。これは無限速度の自由を意味するのではなく、最大速度への拘束を意味している。

3. もし光速が無限なら、世界は即時完結する

反事実的に光速が無限の世界を考えると、情報は瞬時に全空間へ届き、距離は意味を失い、同時性はグローバルに固定される。因果に遅れが存在しない世界では、各地点が一度に噛み合って完結する構造が想定される。しかし私たちの世界では、どんな相互作用も影響が届く範囲は有限の速さに制約されており、この制約は技術的限界ではなく、因果構造（光円錐）として理論の中核にある[1]。

4. 有限光速が意味するもの：局所性と段階性

光速が有限であるということは、出来事がどこにでも一度に影響することを否定する。ある場所で起きた出来事は、近傍から遠方へと順に影響を伝える。世界はこの意味で局所的であり、段階的にしか確定しない。この段階的確定は時間の矢、すなわち不可逆性と結びついて語られることが多い。巨視的にはエントロピー増大が経験的に極めて頑健であり、時間の向きの説明として中心的に扱われる[2]。ただし、不可逆性は基本法則ではなく境界条件に依存するという議論もあり、ここには論争が残る[5][6]。

5. 光速有限性は「時間の形」を示す

光速が有限であることは、世界が即時完結しないことを物理的に保証している。どんな出来事も情報も因果も、局所から局所へと伝播し、段階的にしか広がらない。その結果、世界は順序と遅れを内蔵する。したがって、世界が即時完結しない構造を持つならば、世界は時間を必要とする。時間は外から追加されるものではなく、その構造の別名として立ち現れる。

6. 批判の要点：主観的時間は物理から零れ落ちる

ただし、物理が与えるのは因果と伝播の構造としての時間であって、流れや現在の手触りではない。時間意識の哲学では、意識が変化・継起・持続をどのように経験しうるかが精密に議論されており、意識が瞬間的なのか時間的に拡がっているのかという問題（specious present）が争点になる[3]。さらに経験科学の側からも、主観的時間は神経処理と予測・補正の産物である可能性が示されている[4]。有限光速から導けるのは即時完結しない世界の骨格までであり、時間が流れるように感じる必然性までを直ちに導くことはできない。

7. 批判の要点：存在論は時間を実在として要求するかもしれない

存在論的には、永遠主義（ブロック宇宙）的立場から、過去・現在・未来は等しく実在し、世界が段階的に確定するという語りは経験の側の記述にすぎないとされることがある。この見方では、不可逆性は説明すべき追加問題であり、時間そのものの実在とは切り離される[2]。また低エントロピー初期条件（Past Hypothesis）は時間の矢を説明する強力な仮説である一方、それ自体が説明になっていないという批判も存在する[6]。不可逆な更新構造を時間の本質と置くことは、形而上学的な負債を伴う。

8. 結び：時間・自我・意識への問い

以上から、光速有限性から到達できる結論は明確である。世界は即時に完結しない構造を持っている。その構造を、私たちは「時間」と呼んでいる。しかしその直後に問いが残る。その時間を経験しているのは何か。自我とは何か。物理的時間の構造と、時間が流れると感じる意識はどのように接続されるのか。もし意識が消えたあとも物理的時間が残るなら、その時間は誰のものなのか。光速が有限であるという事実は世界が即時完結しないことを保証するが、「いま」を持つのが世界か主体かという問いは、自我と意識の定義を要請する。

参考文献

  1. [1] A. Einstein, Zur Elektrodynamik bewegter Körper, Annalen der Physik (1905). DOI: 10.1002/andp.19053221004
  2. [2] J. L. Lebowitz, Boltzmann’s Entropy and Time’s Arrow, Physics Today (1993). DOI: 10.1063/1.881363
  3. [3] B. Dainton, Temporal Consciousness, Stanford Encyclopedia of Philosophy. https://plato.stanford.edu/entries/consciousness-temporal/
  4. [4] D. M. Eagleman, Time and the Brain: How Subjective Time Relates to Neural Time, Journal of Neuroscience (2005). https://www.jneurosci.org/content/25/45/10369
  5. [5] S. Goldstein, Is the hypothesis about a low entropy initial state of the Universe necessary for explaining the arrow of time?, Physical Review D (2016). DOI: 10.1103/PhysRevD.94.023520
  6. [6] J. Earman, The “Past Hypothesis”: Not even false, Studies in History and Philosophy of Modern Physics (2006).