「4次元は縦・横・高さに時間を足す」と言われる理由

ドラえもんは4次元ポケットを持っていますが、4次元とはなんなのでしょう？

よくこの世界は3次元で、4次元は時間を足したものなんて説明されることがありますが、これはどういう意味なのでしょうか？

超ひも理論に至っては、宇宙を表現するのに10次元が必要になると言っていて、さらにM理論では宇宙は11次元必要と言っています。

もうこうなると次元がなんなのかワケがわからなくなってしまいます。

しかし、次元の意味を理解するとき、そんなに難しく考える必要はありません。

今回はその考え方について解説していきます。

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人と待ち合わせするとき、私たちは4次元を使っている

物理や数学の話に、4次元とか五次元という単語が出てくると、「ああもう無理！　たぶん理解できない」なんて気分になってしまいますが、慌てることはありません。

大抵の場合、次元というのは、計算するために必要なパラメータ（変数）はいくつかと言っているに過ぎないからです。

これはもっとわかりやすい言い方をするなら、次元とは位置を特定するために必要な情報の数のことです。

例えば誰かと待ち合わせをすることを考えてみましょう。

そのとき、あなたは相手とどんな取り決めをするでしょうか？

普通は駅名とかで決めますが、場所は地図上のXYという2つの軸座標で指定されるので、2次元の情報です。

もしそれが建物の場合には、「何階にいるよ」という情報も必要になるでしょう。これで高さZを含めた3次元の情報になります。

しかし、これだけでは待ち合わせになりません。「何日の何時頃ね」と普通は約束するはずです。これで時間Tを含めた4次元の情報になります。

つまり、私たちは人と待ち合わせるために、全部で4つのパラメータが必要になります。これは、私たちの住むこの世界が4次元の構造を持っているということです。

よく2次元は縦横の世界、3次元はそこに奥行きを足した世界、4次元はそこに時間を含めた世界なんて表現されます。この説明に「は？時間？なんで縦横奥行きの次が時間なの？」と思った人は多いかもしれません。

その理由は、3次元の空間と一方向に進み続ける時間軸の合わさった世界が、私たちの住むこの世界だからです。そのため大抵4次元の説明を求められた人は、「縦横奥行きの空間に時間を足すと4次元なんだよ」という説明するのです。

ただ、通常時間軸は空間軸の様に自由に操作可能な軸ではないため、私たちの宇宙を表現するときは「4次元空間」という呼び方はしないで「4次元時空」と呼びます。

次元は全部くっついたものとして考えると、イメージができなくて難しくなりますが、このように次元を構成する軸をいくつかに分けて考えると案外簡単に人間の脳でも理解できたりするものです。

そしてこうした考え方ができるようになると、動画は何次元なのか？　という問題もすんなり答えられるようになります。