時間と空間の証明はできますか

始めまして、相対性理論には速度が光速に近づくほど時間が遅くなる、質量が大きいと空間が歪むなどの説明が出てきますが、理屈はなんとなく理解出来るのですが幾つか疑問が出てきましたのでお教え願えないでしょうか？。
(1)時間の存在はどう物理学では証明されているのですか？
(2)空間の存在はどう証明されているのか？
(3)時間と距離（空間）があって始めて速度が決まると思うのですが、どうして時間と空間は存在して当たり前の仮定になっているのですか？
（光速度不変の法則）
(4)少し話がそれますが宇宙は今も膨張しているとありますが、それは
例えば空間が小さな部屋で出来ているとして部屋（空間）自体が大きくなっているのでしょうか、だとすると空間自体が大きくなっているので
大きくなっている事は確認できないような気がします、それとも部屋（空間）の数が増えていっているのでしょうか、よく膨らむフーセンに
たとえられていますが、このイメージですとこれも宇宙のどこでも不変な出来事だと思うのですが。

素人の考えなので間違った認識かもしれませんが宜しくお願いします。

No.5 ベストアンサー 回答者： noname#25358 回答日時： 2006/07/15 23:17

>同じ宇宙、同じ物理法則にしたがっているのに

　その疑問こそが特殊相対性理論の真骨頂です。
　時間とは、全ての人に共通にあるものではないんです。主観によって時間の流れは変わるんです。

　たとえば、「ウラシマ効果」って言葉がありますよね。
　亜光速で移動した人の１年が、地球にいた人にとっては６０年だったってこと。
　このような現象は、（体験した人はまだいませんが）実際に起こることが計算で証明されています。また、素粒子がそのような振る舞いをしていることも観測されています。

この回答へのお礼

ご回答ありがとう御座います。
私なりにまとめて見たのですが、今現在の理論ではまだごく一部しか分かっておらずまたそのうちの一部しか確認もされていないのですね、色々模索し検証して物理学は進歩していますのでいずれ答えが見つかるのが楽しみです。

お礼日時：2006/07/16 14:27

No.4 回答者： endlessriver 回答日時： 2006/07/14 04:44

存在？の前に時間と空間とは何かが明確でしょうか。

これらについては普通、教科書には記述されていません。
しかし、先哲の考察は色々あるようです。とりあえずそのような書籍を読まれたらどうでしょうか。

古いのですが私が見たのはカルナップの「物理学の哲学的基礎」とライヘンバッハの「相対性理論の誕生」です。
前者はカルナップの講義をカードナーが編集したとのことなので哲学書としては読みやすいと思います。後者は小冊子で一般向けに書かれたものと思います。

はっきり覚えていないのですが前者では「時間を測定するには周期現象が無ければならない」、後者では「離れた場所での出来事の同時性は確認できない！ただ定義できるだけである」と「同時性の理論には光速が自然界で一番速いという仮定なしには主張できない」という記述が記憶に残っています。

この回答への補足

ありがとう御座います。まだご紹介いただいた本は拝見しておりませんが。

確かに時間とはなにか？と考えても私自身でもイメージ出来ません。
ですから、物理学では証明出来ている物なのか知りたくなったのですが
endlessriveさんのおっしゃるようにたとえば（光速が自然界で一番速
いという仮定なしには主張できない）と仮定すればすべてが説明出来る
と言う考え方をしだすと、物理学者が存在すると言えば存在し、存在しな
いと言えば存在しないとなってしまい、この世界は物理学者が作っている
事になってしまうような気がします。

補足日時：2006/07/15 08:21

No.3 回答者： noname#25358 回答日時： 2006/07/13 09:57

>何かの違った振る舞いと言う事もありえると言う事でしょうか？

　そのとおりです。
　この世に「哲学」という学問が存在するのは、「『ある』とは何か」を計算で証明できないからです。
　ゆえに、あなたや俺が実はすでにマトリックスの世界の住人だったとしても、それは決してありえない話ではありません。

この回答への補足

deagleさん大変分かりやす回答ありがとう御座います。
少しタイトルよりそれますが、光速で移動している物は静止している方
から見ると時間が止まっているとあります。しかし高速で移動している者
にとっては時間は流れているそうですが同じ宇宙、同じ物理法則にした
がっているのに静止している立場からは時間が止まって見えるのに光速で移動している者にとっては時間は流れているとはよく分かりません。

宜しくお願いします。

補足日時：2006/07/15 09:56

No.2 回答者： Willyt 回答日時： 2006/07/12 18:24

　相対性原理の世界を人間が何となく理解することは不可能です。

それは我々の感覚器官の能力の範囲を超えた現象だからです。数式の上で納得するしか仕方のないもので、無条件に受入れるしかないのです。
　アインシュタインは時間と空間を別に扱うのではなく、それぞれが物質の存在を規定する多次元空間の一つ一つを構成する独立変数であるとしたのです。これを何故だと尋ねてはいけません。そういう取り扱いをすると万物の現象を簡単な方程式で表現できてしまうのです。科学は演繹の学問ですから、そのようなムチャクチャな仮定を立てて作った方程式に合わない現象がなければ、それはとりあえず正しいとするしかないのです。
　また、光速も同じです。これが不変とすることによる方程式が現在観測されているすべての現象にマッチしてしまうのです。ですからそれが正しいとされているに過ぎません。将来、何らかの現象がその仮定を打破る時が来るかも知れません。
　宇宙は膨張し続けているというのが従来の定説でしたが、近年になっていや、そうではないという学者が現れたとも聞いていますが、これは定かではありません。これを確定するためにはもう少し時間が必要ではないかと思います。
　かくいう私自身、受売りでものを云っているところが多いのです。ですから自信なしです(^_^;)

この回答への補足

ご回答ありがとう御座います。
確かにWillytさんが言うように例えばリンゴが木から落ちる時、その速度はこの式で求めたようになる、そしてこの式で求めた値で他の物の落下も説明でき矛盾がないと言われてしまえばそうなのですが、やはり何故リンゴが落ちるかと言う理由が知りたくなってしまいます。

補足日時：2006/07/12 19:09

No.1 回答者： noname#25358 回答日時： 2006/07/12 18:03

　大変よい疑問だと思います。

　あなたのような考え方の人々が深く思考を巡らせたからこそ、物理学は発展したのだと思いますね。俺は。

　えと。時間や空間の存在は「実測によって得られたもの」なので、計算から導かれたものではないのです。実は。
　それが証拠に、科学者が当たり前に「場」という言葉も、実は定義があいまいで確たるものはありません。（まぁ、ある程度の共通見解のようなものはありますが。でなきゃ議論そのものができませんからね）
　ゆえに、（１）～（３）については明確な定義はないか、もしくはローカルルール的に定められたものを参照するしかありません。

　ちなみに（４）については、宇宙空間が膨張していても、あなたはその膨張を認識することは可能です。
　なぜなら、光は空間に沿って進む性質があるからです。
　膨張する空間の中では光はドップラー効果を起こし、波長が伸びます。
　この伸びを観察することで、空間の広がりを観測できます。
　おっしゃるとおり、人間が機械の力なくして直接空間の拡張を認識できるわけではないですよ。

この回答への補足

ご回答ありがとう御座います。
deagleの意見を私なりに解釈しますと・・・
時間と空間の実態は分からないが人間が感覚的に存在を認識している。という事でしょうか？、そうなると人間が時間や空間と認識している物は実は実態ではなく何かの違った振る舞いと言う事もありえると言う事でしょうか？。

宜しくお願いします。

補足日時：2006/07/12 18:50