トンネルと列車のパラドックス、および時間の定義について

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またんぎ

2025/12/21

トンネルと列車のパラドックス、および時間の定義について
（トンネルの例：）移動する列車の「高さ」は変化するのか？
仮に列車の高さが運動によって低くなると想定してみましょう。この場合、地上に立つ観測者は「列車は運動によって高さが低くなり、山にあるトンネルは動いていないため高さは変わらない」と考えます。したがって、列車は問題なくトンネルに入ることができます。
しかし、列車の中にいる観測者は「列車は静止しており高さは変わらないが、トンネルの方が動いている」と考えます。すると、トンネルの高さが（運動によって）低くなってしまい、列車はトンネルを通過できなくなるという矛盾が生じます。
しかし、「列車がトンネルに入れるかどうか」は確定した物理的事実であり、観測者の選択によって変わるべきではありません。唯一合理的な観点とは以下の通りです。
> 等速直線運動は、その運動方向に垂直な方向の空間の長さを短縮させることはできず、同様に伸長させることもできない。結果として、高さは変化しないのである。
>
（次に、）人々は次のような疑問を抱くかもしれません。「観測者の周囲には多くの空間点（座標）があるが、なぜ一つの空間点の運動だけで時間を表すことができるのか？」
これは次のように理解すべきです。時間は空間運動の一つの性質を反映したものです。私たち観測者が空間内の多くの点のうちの一つを描写することで、空間が「時間」という変化の性質を持っていることを表現できるのです。これはまた、時間が観測者から独立して存在することはできない、ということも示しています。
五、時間の物理的定義が私たちに与える困惑
以上の時間の物理的定義が正しいと仮定しても、人々には依然として以下のような疑問が残るかもしれません。
1. 人類が出現する前の時間をどのように理解すべきか
よく次のように言う人がいます。「人類が地球上で生活しているのはせいぜい100万年程度の歴史だが、地球が形成されてからは46億年が経っている。つまり、人類が現れるずっと前から時間は存在していたはずだ」と。
補足解説
この文章では、アインシュタインの特殊相対性理論において、長さの収縮は「運動方向」にのみ起こり、運動に垂直な方向（高さや幅）には起こらないという重要な原則を説明しています。後半では、時間の概念を人間（観測者）の存在と結びつけて論じる、やや哲学的な物理論が展開されています。

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