物理的に大きさの限界小ささの限界はあるのでしょうか

Question

アインシュタインの相対性理論に「光より早いものはない」「速さには限界がある」と書いてあることを知りました。
知ったといっても相対性理論の本を読んだのではなくテレビで知りました。
この世界で速さに限界があるということは、大きい、小さいにも限界があるのでしょうか？
すみませんが、お教えいただけました助かります。
物理のことは、何も知らないので、わがままを言って申し訳ございませんが、易しい言葉でご説明いただければ助かります。
よろしくお願いいたします。

lazydog1 · Accepted Answer

小さい方はあります。大きさなら「プランク長さ」です。ちなみに、時間の短い方の限界は「プランク時間」です。

注意が必要なのは、物理的に観測できる小ささの限界であって、それより小さい物や短い時間は限りなく0まで存在しています。

たとえば、電子の大きさは0です。しかし、普通は雲のような感じで「確率的に分布」しています。位置を精密に測定すれば確率的になりますが、プランク長さ以下まで位置を特定することはできません。

また、素粒子の反応では、観測できない程の短い時間（プランク時間以下）で何が起こっているかを理論的に検討しますが、それは決して観測できません。

観測できるというのは、相互作用と言い換えることができます。他に影響を与えるということですね。そういう相互作用を考えるとき、プランク長さ以下に近づいていれば同じ場所ということになり、プランク時間以下であれば同時ということになります。

大きさや時間には最大はありません。敢えて言えば無限大です。たとえば、宇宙の大きさは無限だとされており、誕生から今までは有限の時間しか経っていませんが、今後は無限大の寿命があるとされています（以前はどちらも有限と思われていたこともある）。

速さはもっと凄いです。相対論では光速度が最大の速さだとされています。普通はそうですし、光速度より速いものが観測されたことはありません。

しかし、未発見ですが超光速粒子タキオンってあります（お聞き及びになったことがあるかも）。無限大のスピードはおろか、無限大より速くなれます。無限大の速さなら一瞬でどんな遠い所にも行けます（所要時間0）。無限大より速ければ過去に戻るということです（所要時間マイナス）。

psytex · Answer

まず、エネルギーや距離、時間は、連続的な値ではなく、
エネルギーの最小単位「量子」により、空間も時間も
不連続です。
その量子性＝プランク定数hに基づいた、「最小の大きさ」は、
10の35乗分の1.6メートルという大きさです。
その量子波動性の定常波をもとに超弦は生じ、クォーク＞
素粒子＞原子＞分子＞細胞＞個体と階層現象化（=進化）
した果てに、意識は生じているのです。

大きさでは、その意識発生までの宇宙の歴史を、ビッグバン
による宇宙の果ての光速膨張により、意識体は常に、
宇宙年齢光年（今は138億光年）の半径の宇宙を認識する
ので、それ以上の大きさはあり得ません。
また、その“宇宙の果て”は光速で膨張しているがゆえに、
（光速を超える事は不可能ゆえ）宇宙の果てに到達する
事はできず、「それ以上の大きさのもの」を作る事も不可能
なのです。

（予め言っておきますが、共役空間（138億光年先に見える
という事は実際にはxxまで広がっているという考え）によって
数百億光年の広がりを主張する人もありますが、量子論的
世界像において、認識される事で有限な存在性は生じており、
「見かけは138億光年だけど“実際”は」という場合の「実際」
に実体はないのです）

tetsumyi · Answer

宇宙の物体の大きさには限界があります。
星の大きさ、重さは限界を超えると自分の重力でつぶれてブラックホールとなって小さくなってしまいます。

小さい方の限界は測定不能が限界となります。
素粒子の様に小さくなると不確定性理論により位置が良くわからなくなります。
位置がわからないのですから大きさを測定しようがありません。
長さの限界と言っても良いかもしれません。

cliomaxi · Answer

厳密には「質量のある物質は光速を越えて移動出来ない」です。
なので空間の膨張などは光速度を越えてもよいのです。

「最小」は勿論物質の最小単位である素粒子となるでしょう。
「最大」と言うのが難しいですね。
基準は質量なのか、体積なのか、物質は何でも良いのか(鉄なら鉄だけなのと鉄と炭素繊維の複合かとか)形はどうでも良いのか、人工的に加工しても良いのかとか。
例えば史上最も重く大きなシロナガスクジラは海中では優雅に泳いでいますが、地上に上げれば自分の重さに耐えられなくなります。
同じ物質でも構造を変えるとこれまた違ってきます。
太陽の何十倍もあるような恒星もありますし、宇宙全体と言う広い目で見ると銀河そのものも1つの物質と考える事も出来ます。
更にこの銀河のまとまりを銀河団と言いますが、宇宙全体からみれば1つと見なす事も出来ます。

chie65535 · Answer

「大きい」「小さい」は「概念」ですから、限界はありません。

例えば「人間が観測可能な、最も小さい粒子があって、その粒子は、それ以上は分解しない」と仮定しましょう。

その粒子を「最も小さい」と評価できるのであれば「大きさ」が存在する事になります。

すると「その大きさの、半分の大きさ」と言うのも定義できます。その大きさのサイズの粒子が、この宇宙に存在してないとしても「大きさだけは定義は出来る」のです。

その「半分の大きさ」が定義できるなら、更にその半分の大きさも定義出来ます。

これを無限に繰り返しても、大きさは「ゼロじゃない値」になります。

つまり「無限に小さくなる」のです（これを「無限小」と言います）

大きい方も同じです。

「宇宙よりも大きい物体」は、この宇宙に収まらないので、この宇宙には存在しません。

しかし「宇宙の大きさ」が定義されているならば「宇宙の大きさの２倍の大きさ」も定義出来ます。例え、そういう物質が存在してなくても。

「宇宙の２倍の大きさ」が定義出来るなら、更に２倍、更に２倍の２倍、も定義出来ます。

これを無限に繰り返せば「無限大」になります。

「無限小」や「無限大」は「限界がない小ささ」「限界がない大きさ」なので、大きい小さいには限界はありません。

因みに「光より早いものはない」けど「光の２倍の速さ」は定義できます。だって「数値に２を掛け算するだけ」ですからね。

単に「その速度になる物質や波が存在しない」ってだけで、速度そのものは定義する事が可能です。

「そんな数値の速度を定義しても無意味」と言う観点で言えば「速さには限界がある」って事になりますけどね。

物理的に大きさの限界小ささの限界はあるのでしょうか

小さい方はあります。

まず、エネルギーや距離、時間は、連続的な値ではなく、

宇宙の物体の大きさには限界があります。

厳密には「質量のある物質は光速を越えて移動出来ない」です。

「大きい」「小さい」は「概念」ですから、限界はありません。

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　小さい方はあります。