①　光の速さは未来永劫一定だろうか？

理学を勉強した人間ではないので、的外れで理論性のない回答であればごめんなさい。

宇宙は膨張しているとして、それが地球の表面の膨張と繋がるのでしょうか。

地球表面の膨張と、宇宙空間の膨張は必ずしも同じではないと考える事はできないでしょうか。

（星と星の間の空間がただ広くなるという考え方）

また、もし宇宙空間の膨張が

コピー機の拡大のように含まれる全てのものが膨張するとしたら、光のスピード自体も早くなるとは考えられないでしょうか。

しかし、スピードが速くなったとしても、地球自体も膨張していれば地球の自転と相対的に見て光の速度は変わらないのではないかと思います。

光の速さは一定では無いです。３０万キロはあくまで真空中の話で、空気中とか水の中ではもっと遅くなります。米IBM社のワトソン研究所のユーリ・A・ウラソフ氏率いる研究チームは、通路を通る光の伝播速度を300分の1以下にまで減速することに成功したと、『ネイチャー』誌2005年11月3日号で発表したとの事です。

真空中の光の速度が変化するかと言うことで話をします。

速度とは距離を時間で割ったものです。一般相対性理論によるとブラックホール等の付近の空間が歪んだ（縮んだ）場所では、空間が縮んだのだから相対的に光が速くなるかと言うとそうではなく、時間もそれに合わせて遅くなる為に、距離割る時間で表現される光の速度は変化しない事になります。ここまでは、色々な実験で確認されているはずです。

光は、時間と密接な関係を持っていて、光が時間を決めていると言ってもいいのかもしれません。したがって、もし神様がいて神様から見た光の速さを変えても、それに合わせて我々人間の時間も変化してしまう為、我々人間にはその変化は検出することが出来ないということになります。どうがんばっても検出できないものを考える事は、もはや科学ではなくて空想の世界になってしまう為、反論すること自体不可能です。

ですが、これは相対性理論が正しい事が前提になってくる為、そこにほころびが生じると話は変わってくるとは思いますが、今のところそのような実験物理学のデータは存在しないと思います。

(1)は現在の常識では「光の速度に変化はない」ですが、可能性としてありえないわけではないというところでしょうか。

実際、宇宙の膨張速度はインフレーション終了時から見ると早くなっているという観測結果が出ていますが、見方を変えれば光速が遅くなったと考えても良いわけですし。

(2)は具体的反例はないと思ってよいと思います。

参考として次の雑誌を調べてみてください

数理科学　岩波書店

パリティ　丸善

サイエンス　日経サイエンス

大体上のものほど程度が高い(物理屋天文の知識が要る)と思います。

ご参考になりますでしょうか?

きちんと学校に行って勉強していたわけではないので、間違ってたり的外れなこといってたらごめんなさい。

光の速さは未来永劫一定だろうか？

についてなんですけど、僕は一定だと思います。光速度普遍の原理って、例えば光の90％の速さで飛ぶ宇宙船から光を飛ばしても、光の速さは100%+90％にはならないってことでしょ？！

つまり相対性原理とはすべてのことは相対的っていってるわけではなくって、光速度は普遍っていってるだけなので、空間がひろがっているとかとは関係なしに光の速さは普遍なんだと思います。

宇宙膨張によって光の速度は変わります。これは一般相対性理論には違反しません。空間そのものが膨張しているからです。また、ここで光速が変化したからといって、それが他の物理現象になんら深刻な影響を与えるものではありません。当たり前の事実くらいに思ってもらっていいと思います。

ただしこの場合光の速度は速くなっているので、貴殿の認識とは根本的に相容れないのですが。

それから、宇宙が膨張しても地球は膨張しません。太陽系も銀河系も膨張しません。よくある誤解です。

以下、補足です。

最近日経サイエンスなんかを読んでいると、いろいろな物理定数が本当に定数なのか、宇宙開闢以来変化していないのかについて、さまざまな観測の試みがなされているようですよ。

ただし変化があったとしてもその変化率は10万分の１程度のようですね、それでも宇宙の進化に大きな影響を持つようです。

500億とか600億年後に現在の私たちの宇宙が存在しているかどうかは、現時点では解明されていません。（間違いなく我が太陽系は存在していませんが）

しかし、マルチバースの考え方に基づくと、私たちの宇宙でいろいろな物理定数が現在の値にあるのは、いわば砂漠のオアシスみたいなものだということです。物理定数の数値およびその組み合わせが微妙に変化するだけでも、宇宙の様相は一変し、知的生命体どころか重元素も存在しない宇宙になってしまうとか。

また、ひも理論的に考えるとわれわれの認知できる宇宙は11次元のうちの3次元分だけであり、残りの次元を含めて理解するとき、全体の一部分のみの表現型でしかないともいえます。ですから、物理定数というのも11次元で定義しなおさなきゃならないわけですが････

なお、光速不変というのはアインシュタイの作業仮説であり、現在の観測精度では否定できないというだけの話です。つまり現在の物理学とかそれを応用した科学技術にとっては、光速不変として扱ってもぜんぜん支障がないというレベルに人類文明が今あるということです。

そして先に申し上げたように、改めてそのことが観測の対象になっているということは、現在それを修正できるかもしれない、観測精度と理論レベルに人類が到達しようとしているということではないでしょうか。

まる２の方から。

６００億年後、というのは時間を計って決めていますよね。

ではその６００億年という時間の計り方はどこから決まっているのでしょうか？人の感覚とか地球の自転回数程度のあやふやなはかり方に頼るのでいいのでしょうか？

結局のところ、今の物理学は、時間とか空間さえ光の速さと振幅を基準にして決めているわけです（セシウムだかコバルトになんとか線を照射したときの何回分の振動が１秒とか）。時間と空間の絶対の基準（＝ものさし）は光（電磁波）にすべきだ、というのが相対性理論を含む物理学でしょう。

「６００億年後」に時間が延びちぢみすると考えるなら、それまでの「６００億年間」の長さも、変化していますよね。自己矛盾を含む命題です。

　自分は理学屋じゃないし、仮に回答できたとしても間違いなく「この余白はそれを書くには狭すぎる」ので情報だけ投げときます。

　日経サイエンスの2005年９月号で特集組んでたんですが、cとかGとかhとかは時間、空間によって少しだけ変化してるんじゃないかという説が最近出てきてるらしいです。

http://www.nikkei-bookdirect.com/science/page/magazine/0509/...

①についての回答

長さの単位が地球の円周の長さを基準として定義されているなら、

宇宙が膨張すれば光の速さが遅くなると考えることができます。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A1%E3%83%BC%E3%83%88%E3%...

しかしながら、上記URLより、現在は、

「1メートルは、現在は1秒の299 792 458分の1の時間（約3億分の1秒）に光が真空中を伝わる距離」、

という具合に光で定義されているので、

地球が膨張しても光の速さは変わらないと思います。

また、宇宙が膨張しているとは、

天体と天体の間の相対的な距離が広がるということですので、

地球自体がでかくなったり、

地球に住んでいる生物が太ったりすることはないと思います。

以上が「３次元」での話ですね。

次は「４次元」での話ですが。

過去や未来は現在と比較して光速度が変わっているのではないか、

短いスパンだと測定できないのではないか、

という趣旨ですね？

もし、時間経過によって光速度が次第に遅くなっているとするならば、

レーザージャイロという装置がまともに動かなくなり、

航空機が姿勢制御できずに墜落してしまうと思います。

参考URL:

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B8%E3%83%A3%E3%82%A4%E3%...

②についての回答

600億年後に光速度が一定であることを証明するのは難しいと思います。

また、「両者の時期の光の速度が同じでない（光の速さは600億年後には遅くなる）と仮定」したのはkoda1様ですので、

この仮定が正しいことをkoda1様が証明することが先ですね。

科学において、

仮定が正しいかどうか、仮定をした人が証明することはあっても、

仮定が間違っているかどうか、仮定に疑いを持つ人が証明する事はないと思います。

人力検索ではやらなければならないかもしれないですが（＾＾；

おっと、一つ証明方法がありますね。

http://th.nao.ac.jp/openhouse/1998/poster/1997/lens/gal_form...

上記URLに映っている天体は、130億光年離れた天体です。

この天体が放っている光は130億光年以上前のものです。

もし、時間経過により光速度が遅くなっているとしたら、

この天体から届いた光の速度を測定すれば分かるはずです。

しかし、恐らくこの天体から届いた光の速度も、

太陽から届いた光の速度も同じでしょう。

4番目に回答したものです。2回目の回答なのでポイントは要りません。

いやだから私は光速が100億年前と600億年後で違ったとしても現在の物理学の範囲内では矛盾は生じないと言っているのです。

私は今30台半ばで一応物理学科卒なのですが、物理定数が現在の値と違ったらと言うのは私が子供の頃から考えられている(事をブルーバックスなどで読んでいた)ことであり、現代物理で明らかに背理が発生する(時間変化による物理定数の変化が現在の物理法則に矛盾する)という文章を以来20年間で読んだことはありません。

また6の回答者も触れていますが、ここ数年で物理定数が時間変化していることを示すデータが出始めている(それがまだ基本的了解事項にはなっていないのですが)という状態なので、今の物理定数が本当に定数なのかはこれからの研究によって明らかになる(そしてもっと基本的な定数ができる可能性もある)所なのでしょう。

あまりに素っ気ない回答を書いてしまったので、細論します。

まず、質問者の立論①は成り立たない事を確認したいと思います。

結論から言えばダイナミックなというか動態的な立論になっていないということです。

地球と同じ大きさの外周をもつ球体が、まず外周が７倍半に膨らんで静止します。それから光が進み始めます。光が進んでいる間空間は膨張しません。すると１秒で外周を１周するでしょうね。これは当たり前のことではないですか。このような立論になんの意味があるのでしょうか。

現実には空間は連続して膨張し続けているのです。光が進む間、空間の膨張が止まっているような設定では意味をなしません。それから時間は膨張しませんから「時空が膨張する」という表現も不適切ですね。(ハッブルがそんなこといったのかな？）

さて、膨張を続ける空間を進む光について考えて見ましょう。

Ａ点を発した光は光速ｃで進行しますが、このとき空間が膨張を続けていると、光が既に通過した後方の空間が引き伸ばされ続けます。従って、ある時点での光を観測すると、光の進んだ距離は光速ｃで計算される距離より引き伸ばされているのです。つまり光は早くなっているのです。結果としてみると。

これも、ただそれだけのことで、光が光速より高速だからといって(駄洒落ﾀﾞﾖ）周囲になんら影響を与えるわけでもないし、相対論に反するわけでもないんです。

ただし光自身には大きな影響を与えます。速度が上がるので、波長が引き伸ばされるのです。これを赤方偏移というのはご存知ですよね。つまり、赤方偏移と光がｃより早くなるという現象は表裏一体の関係にあるわけです。

さあ！ここからが重要なところです。かのエドウィン･ハッブルが発見したのは、宇宙膨張そのものではありません。彼が発見したのは赤方偏移です。しかも全天で同様で、遠い星ほど赤方偏移が大きいことを発見したのです。この発見の帰結として彼は、宇宙は膨張していると結論したのです。ですからハッブルの理論では、宇宙膨張＝赤方偏移＝光がｃより早いという関係が前提となっているのです。

ですから光速がｃより遅くなるという議論は大いにやっていただいてかまわないんですが、ハッブルを引き合いに出すのは場違いも甚だしく、やめてほしいのです。どうしてもご主張を貫きたければ、ハッブル抜きでやってください。彼の名誉のためにもぜひ！

以上で細論はおしまいです。①が成り立たない以上②はコメントいらないでしょう。最初のコメントの「補足」でなんか意識を共有できれば幸いです。

以下蛇足ですが、ハッブルの業績に対し、宇宙は膨張も収縮もしない静的なものという作業仮説を立てていたアインシュタインは恥じ入り、かの有名な方程式からある項を｢お払い箱」にしました。それは｢宇宙項」もしくは｢宇宙定数」と呼ばれております。

今、復活しているアレですよ。

いやぁほんと科学は楽しいですね。

この回答にポイントは不要です。

一度書いたコメントは、何度でも修正できますよ。

質問者コメント右側の「鉛筆」ボタンをクリックすると、

編集画面になります。

さて、②を背理法で光速度が一定であると証明せよ、ということですね。。。

「600億年後には遅くなる」が正しいする仮定の前提にある仮定を否定する事で、

全てなきものにしてしまって宜しいでしょうか（＾＾；

「600億年後には遅くなる」が正しいする仮定の前提にある仮定は、

「宇宙が一定の速度で膨張している。」、つまり「膨張宇宙論」ですね。

「膨張宇宙論」は「ハッブルの法則」が前提条件になっております。

http://www.hinocatv.ne.jp/~trance-a/tenmon/section/uchuukouz...

しかし、上記URLをご覧いただくと、ハッブル定数Hの値が、

観測結果により大きく異なることがお分かりいただけると思います。

上記URLより一部引用。

・セファイド型変光星を観測　→　H=７１

１９９９年５月２８日の天文学会で発表。明るさが周期的に変化するため、その周期から星の絶対等級が求められる。それと見かけの明るさ（実視等級）を比較することで距離を求められる。

・Ⅰa型超新星を観測　→　H=６８

Ⅰa型超新星は白色矮星が重くなりすぎて核融合が暴走、超新星爆発した天体のこと。最大光度時の明るさを標準光源として使用、距離を求める。

・楕円銀河の観測　→　H＝７８

楕円銀河を用いて「面輝度ゆらぎ法」によって測定した値。距離が近いほど、星々の粒状性の為に銀河の面輝度はざらざらとしたゆらぎが目立つ。この方法ではそのゆらぎを利用して距離を求める。

・重力レンズ効果　→　H＝５３～７０

重力レンズ効果で二重に見えるクェーサーを用いて測定した値。２つの雑煮おける光の到達時間の差から距離を求める。

観測により求めたハッブル定数のHの値がこれほどまでに異なるということは、

「ハッブルの法則」を見直しする必要がある、

ハッキリ言って「不合格」であると思われます。

したがって、

「ハッブルの法則」に基づいた「膨張宇宙論」も「不合格」、

それに基づいたkoda1様の「600億年後には遅くなる」、

という仮定も「不合格」ということになるかと思われます。

しかし、koda1様の「600億年後には遅くなる」という仮定が間違っていることは示せても、

それが「真空中の光速度一定」である事の証明にはなりませんね。。。

「真空中の光速度一定」である事を示すためには、

一方で、マックスウェルの波動方程式や、

様々な観測結果などを提示する必要があると思います。。。

え～丁重なる懇請を戴いてしまい、もう一回コメントせざるを得なくなっちゃいましたね。

ちょっと肩慣らしに軽い話題から。

え～エドウィン・ハッブルさんまだ生きてらっしゃったのですか。私は1953年に亡くなられたと認識していました。そうですか1889年生まれですからご存命なら今年117歳ですか。こりゃあスリランカのクラークじっちゃんどころの話じゃありませんね。自分の名前が付いたスペーステレスコープが活躍するのを喜んでおられた事でしょうね。(ホンマかいな?)

次に①の件です。

球体の話はあくまで譬えであるとのことでしたが、発言者の議論に内在する発言者も意識しない矛盾を解明するのは生産的な議論の手法だと私は思いますので、円周を光が回るというあなたの議論につきあいました。

自分で撤回されるのならそれはかまいませんが、私の反証のほうも円周であるより直線のほうが、よほど説明がすっきりするので、別に直線にしても、先の反証を修正する必要はありません。やっぱり①は意味のない立論です。

さて、光速より高速になる光の話ですが、前回は空間の膨張を所与のものとして、つまり現時点での宇宙物理学的常識をベースに、論理展開しておりましたので、ハッブルの時点での認識とはずれがあります。

この辺が質問者がご不満に思う所以なのではないかと推察します。

まず最初に確認しておきますが、エドウィン・ハッブル氏は「光速より高速になる光の話」なんか言及してないと思います。それどころかアインシュタインの相対性理論についてふれた文章も見つかりませんでした。

理論家であるよりも観測家である事に矜持をもっておられた方ですから、当時の観測精度で曖昧にしか語れない話はされないようなお人柄とお見受け出来ます。（あーやっぱし既に死んだ人みたいな表現になっちゃう･････）

彼の主張の軸は赤方偏移であり、地球から遠い星ほど赤方偏移が大きく、距離と赤方偏移の間に一定の比例関係が見られる事、全天でこのような現象が起こっている事から、宇宙は膨張していると結論したわけです。

ハッブルにあっては相当な努力をして観測をした結果得られた結論であって、所与のものでは無いわけですね。

彼の時代の観測精度では宇宙の年齢が２０億年程度になっていて、別の手法で観測された星の年齢と全くかみ合わない状況でした。

星までの距離の計測に大きな誤差があったんですね。

それから現代まで観測が精密化して、宇宙の赤方偏移も膨張も確固たる概念になってきた訳です。

前回の投稿はこのような概念を所予のものとして展開しました。歴史的に見ると赤方偏移こそが最初に発見されたものですから、そから説き起こせば良かったのでしょうね。

光の波長が引き伸ばされるということは、光が引き伸ばされたということであり、光がそれだけ多くの距離を進んだということであり、それだけ増速したということなわけです。繰り返しますが、このような現象はさほど奇異なものではないとおもいます。

とはいえこのことのおかげで遥か彼方の星の光が地球に届いたのです。それをＨＳＴが捉えているという訳です。

さて、ここまでが、要請いただいた再論ですが。ご満足いただけたでしょうか？

えーと、ここでパラダイムをガラッと変えまして、こういう風に考えればわかりやすいかな。という例題をひとつ。

光速を超えて進む「星」や「銀河」。同じことの別の表現かも知れませんが、空間が膨張すると銀河と銀河の距離は離れていきます。（銀河団とかややこしい重力の影響を省きます）距離が離れている銀河ほど高速で離れていきます。そしてついには光速を超えてしまいます。(くどいですが相対性理論には違反しません）そのような天体から来る光が地球に届くんですから愉快じゃありませんか。

ところで、12番の回答の方が観測方法でハッブル定数が一致しないから｢不合格｣だとおっしゃっていましたが。宇宙観測には誤差がつき物で、こんなもんならまだいいほうというか、だから取り組む魅力があるというか、そういう風に前向きに捉えられないのでしょうか。だから｢ハッブルの法則不合格｣ゆえに｢宇宙膨張不合格」というのは、あきれました。反証は何もしないで観測の荒さをあげつらっているわけですが、少なくともそれぞれ計測されたハッブル係数はある程度の誤差の範囲に収まるわけで、マイナスの数値(膨張を否定する)観測結果なんかないんですから。理論的には少なくても赤方偏移に別の解釈を提示しないと｢不合格」なんていえないのじゃないですか？

ということで、私は12番の回答に正直ムカッとしましたが、まあ議論は自由です。それより、より高精度の観測ができるよう期待しましょう。断固、ＨＳＴに対するＮＡＳＡの対応に抗議します。

大体にして、ブッシュなんか大統領にするから過激派が勢いづくんで9.11.はブッシュ政権の責任だし、それに続く新帝国主義的戦争に大金つぎ込んで科学予算削ろうなんてことは許さんゾ！！

「ＨＳＴを廃棄するならホワイトハウスにＨＳＴをぶち当てる」というシンジケートをＮＡＳＡの有志と組む！どうでしょうかね！！