光速＆情報伝達速度

質問

物理学の素人です。wikipedia等で「一般に、あらゆる情報や物質は、真空中の光速よりも速く伝播することは不可能であるとされている。」
とあるんですが、例えば長さ１００ｍの棒があって片方でチョンと動かすとその動きは１００ｍ先の棒にも瞬時（時間がかからずに）に動きますよね。それは速度無限で情報速度としては無限なのではないでしょうか？棒に振動を伝えてそれを、もう片方でキャッチする場合は棒の振動を伝える速度とかがありそうですが、動かすのは時間がかからなさそうです。
それとも情報伝達速度というのを誤解してるのでしょうか。
どこが間違いなのか教えていただけたら幸いです。
どうぞよろしくお願いします。

回答No.8

Tacosan · ベストアンサー

「棒をチョンと押して動かす」というのは, ミクロの目で見ると「原子同士のおしくらまんじゅう」のようなものです. つまり, 「チョンと押す」と押したところの密度がちょっと上がり, それによってその先を「チョンと押す」効果が得られます. 結果的に粗密のパターンが他端に届くことによって「棒が動く」ということになります.
ほかの回答で「音速」が出てきていますが, それはこの「粗密のパターン」の伝達速度がまさしく「音速」だからです.
ちなみに中性子星はとても「硬い」ので, その音速はほとんど光速に等しいらしい.

お礼

お返事遅くなりすみませんでした。

とてもわかりやすいご説明でした。
チョンと押すというのと音で伝えるというのが同じことだったんですね。皆さんの音速だという意味もやっとわかりました。
私は音で信号を伝えるというのとちょっと動かすというのを別に考えていて、ちょっと動かすのは瞬時に伝わるかのように考えていました。
ありがとうございました。

回答No.7

noname#175206

棒の最後尾を押して、先端が動くまでには、棒の中を伝わる音速で力が伝わるのを待たなければならないので、最後尾を押したとたん先端が動くということはありません。棒が硬ければ硬いほど、棒の中の音速も速くなりますが、これが光速度を超えることはありません。
　ちなみに、硬さが無限大である「剛体」というものが仮に存在するとしたら、相対論的にはそれはぴくりとも動きません。

お礼

押すのも音速で伝わるのですね。
どうもありがとうございました。

回答No.6

sanori

こんばんは。

叩いた片方からもう片方まで、棒の中での音速で伝わります。

それから、
３年前に私が参加したＱ＆Ａがあります。
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa2095676.html
Ｎｏ．４の方のご回答を参考にしてください。
他人の回答をここに貼るのは気が引けるので、リンクだけ貼りました。

ご参考になりましたら幸いです。

お礼

う～ん
ちょっと難しいですね。
もう少し勉強してから参考にさせていただきます。
ありがとうございました。

回答No.5

FIX

始めまして。

私も以前に同じような事を考えたことがあります。結論は光速度以上では、huraipanoe様の方法では情報が伝わらないです。結果、棒の片方を押しても棒の反対側が押されて動くのは光速度以下の速度で伝わた後に動き出します。
例えば、長さ３０万キロメートルの棒があったとして棒の片方を押し、棒の反対側が動くまでには最低でも光速度の速度で伝わっても１秒かかることになります。
理由はアインシュタインによる特殊相対性理論では、等速直線運動している物体は進行方向に縮み、ローレンツ短縮がおきるからです。
仮に完全剛体が存在したとしても不可能だと思います。

お礼

はじめまして。
ご回答ありがとうございます。
ご返信遅くなり申し訳ありませんでした。

実はＦＩＸさんのご回答だけ他の回答者様たちとはとは違うようで、
勉強になります。
他の方たちは、完全剛体が存在しないことを理由に挙げていらっしゃいますが、ＦＩＸさんはさらに完全剛体が存在しても不可能だとおっしゃってますね。
とりあえず完全剛体が存在しないことによって光速度で伝わらないことはわかったので、今後は完全剛体が存在しても光速度で伝わらない理由を勉強しようと思います。
ありがとうございました。

回答No.4

patora2009

私の想像ですが、１００ｍという短距離なので、このような疑問が沸くのだと思います。これば当然のことと十重承知しております。

しかし、この棒の長さが長距離、んん～　たとえば地球から月までの長さだとしますと、この棒が硬いダイヤモンドだとしても「なわ」のようにしなります。

この、しなった「なわ」には、光ほどの情報の伝搬をすることはできないということは明白なのです。

ですから、どんな材料でできていても「棒」には光を超える情報の伝搬はできないのです。

お礼

お返事大変遅くなりまして申し訳ありませんでした。
非常に直感的でわかり易いご説明です。
確かにめちゃくちゃ長いとすぐには伝達できないのが容易に想像できますね。どうもありがとうございました。

回答No.3

smzs

＞長さ１００ｍの棒があって片方でチョンと動かすとその動きは１００ｍ先の棒にも瞬時（時間がかからずに）に動きますよね。

この部分から違っています。
確かに１００ｍ程度なら、肉眼では、こちらを押したのと”ほとんど”同時に反対側も動いて見えるかも知れませんが、ごくわずかの時間の遅れはあります。

　長い棒のこちら側を押した時、反対側も同時に動くためには、棒は、無限大の硬さが必要です。そのような無限大の硬さ＝剛性を持っている材料を完全剛体といいますが、完全剛体は世の中には存在しません。

　鉄も、ごく一部だけ見れば堅いように見えますが、現実には、力を受ければ曲がったり伸び縮みしています。

　鉄も伸び縮みする、というと、ぴんとこないかも知れません。しかし、曲がった状態を考えれば分かると思います。曲がっている、ということは、その片側が縮み、反対側が伸びているはずですから。

お礼

お返事遅くなり申し訳ありませんでした。
なるほど、完全剛体を前提としたチョンと押すという動作が間違いの
元だったんですね。たしかにものは実際には曲がったり縮んだりしますよね。

どうもありがとうございました。

回答No.2

debukuro

鉄の棒の先を叩きます
すると１秒後に音は約５千メートル進みます
つまり鉄の棒を押したときに鉄棒が進む距離はこれが限度なのです
鉄棒による情報伝達は５千メートル毎秒ということです

回答No.1

choppy

>長さ100mの棒があって片方でチョンと動かすとその動きは100m先の棒にも瞬時に動きますよね。

ここが誤っています。
棒は全く同時には動かないのです。
実際には情報伝達に時間がかかっているのですが、
人間の間隔では認識できないほど早いというだけです。