光より速い速度

質問

質問失礼します。

良く光速って言いますが、
光の速度って相対性理論では限界があると何かの記事で
見たことがあります。

宇宙空間では光の速度より早く速度を出すことは出来ないのでしょうか。
もしも超えたとしたらどのような事が起きるのでしょうか。

ご教授願います。

回答No.12

noname#195146 · ベストアンサー

お礼、ありがとうございます。#8です。

>光速より先に行くことで見ることはできるのなら理解できますがー。。。

　一番単純な状況を考えてみましょうか。

　その前の準備として、宇宙船が遠方に行くとして、速度は速ければ速いほど到達所要時間は短くて済みますね。相対論的に宇宙船内と外では事情が異なるので、外から宇宙船を見たときの所要時間としておきましょう。

　光速度だと1光年当たり1年、光速度の2倍だと半年と、速いほど所要時間は短くなっていきます。もす速度が無限大だと、所要時間は0になります。

　ここで、速度が無限大より速いとします。ちょっと速度ではイメージしにくいです。無限大に何を足しても無限大、という感じになります。

　そこで、所要時間で考えます。速いほど所要時間が短くなり、無限大の速度で0まで減るなら、さらに速いとすれば所要時間はマイナスになります。所要時間がマイナス半年であれば、半年前の目的地にたどり着くことになります。

　タキオンはそういう速さになれます。しかし、光速度を少しでも超えれば過去に戻る可能性があるという話は、以前の超光速ニュートリノ（結局は実験ミスとなり、残念）でありました。

　それは相対論特有の事情によります。光速度より少しでも速い相対速度の物体（タキオン）があれば、それとの相対速度の取り方によっては、タキオンが無限大より速い速度になります。つまり、慣性系次第では過去に戻って行くことになります。

　この時間の逆行は、それを直接起こせた慣性系では因果律に反する現象を起こします。それは、他の慣性系に同じ影響を及ぼすことができます。

　そのため、この宇宙に光速度より少しでも速いもの（つまりタキオン）があれば、たとえ我々から無限大より速くなくても、因果律は成り立たないことがあることになります。物理学も因果律が成り立つという暗黙の前提を置いていることが多いです。

　水を入れた薬缶をコンロの火にかける前に沸騰されては熱力学が困ります（実は統計力学が非常に低確率であり得るとしているが、あまりにも低確率なので問題ない）。エネルギーの前借ともいえ、そういうことが可能なら、もう何でもありの状況になり得ます。

　それで、超光速のもの（タキオン）があるか否か、あるいはワームホールを実際に通り抜けられるか否かは、重要な問題です。

　ホーキング博士は「そういうことができない仕組みが、この宇宙にはある」という時間順序保護仮説を提唱しています。仮説なので、証明されたわけではありません。キップ・ソーンはワームホールを使ったタイムマシンは可能であるとしています。物理学者の間でも、見解はさまざまのようです。

お礼

回答有難うございます。
確かに、数字を見る限りではマイナスになりますが、仕組みや因果律を排除したらばの話になりますね。

ホーキング博士の時間順序保護仮説を一度調べてみます。

回答No.15

foomufoomu

すみません、後半部分間違えたので、全文訂正して、書き直します。前の解答は無視してください。

>観測者という部分忘れません＞＜
「相対運動」も忘れないでください。観測者と被観測者(前回は文字を間違えました)との間の速度が問題になるのです。
「観測者」というのは、すべての人が他のものを観れば「観測者」になるわけで、例外はないことも忘れないで。

>宇宙空間では光の速度より早く速度を出すことは出来ないのでしょうか。
どんどん加速すれば、いくらでも速く走ることは可能です。
しかし、すべての観測者にとって、光速度以上になったようには見えません。
しかも、相対論は、何事に対しても相対なので、走っている人からも、すべての物体は光速度以上で遠ざかるようには見えません。

これが、「光より速い速度は出せない」の意味です。この言葉、誤解が多いですよね。
もっとわかりやすく「光より速い速度は観測されない」とでも言えばよいのに。。。

ちなみに、どんどん加速可能なので、光速度以上で宇宙旅行も可能か？・・・というと、物事すべて相対なので、旅行者からみて、目的の星は光速度以上で近づいてくることはありません。やはり光速度は超えられないのです。
ただし、目的の星までの距離は相対論による距離の縮みが起きて、旅行者には10光年より短く観測されます。つまり、うんと加速すれば10年より早く行けるのです。あくまで旅行者にとってはですが。
いっぽう、地球で観測している人には、距離の縮みはないので、10年以上かかって星についたようにしか見えません。戻ってくる時も同じです。
そのため、戻ってきたとき、地球の人は20年以上年をとっていますが、旅行者は20年より少ない年しか取りません。これがウラシマ効果の正しい解釈です。

投稿日時 - 2013-08-10 00:06:18

お礼

非常に分かり易かったです。
ありがとうございます。
日本語って複雑ですね。
イチゴ違えば解釈が変わってくる。
物理もそういう世界なのかなぁっと思っております。
大変勉強になりました。
ありがとうございました＾＾

回答No.14

foomufoomu

>観測者という部分忘れません＞＜
「相対運動」も忘れないでください。観測者と被観測者(前回は文字を間違えました)との間の速度が問題になるのです。
「観測者」というのは、すべての人が他のものを観れば「観測者」になるわけで、例外はないことも忘れないで。

>宇宙空間では光の速度より早く速度を出すことは出来ないのでしょうか。
どんどん加速すれば、いくらでも速く走ることは可能です。
しかし、すべての観測者にとって、光速度以上になったようには見えません。
しかも、相対論は、何事に対しても相対なので、走っている人からも、すべての物体は光速度以上で遠ざかるようには見えません。

これが、「光より速い速度は出せない」の意味です。この言葉、誤解が多いですよね。
もっとわかりやすく「光より速い速度は観測されない」とでも言えばよいのに。。。

ちなみに、どんどん加速可能なので、10光年離れた星に行くのに、10年より短い時間で行くことは可能です。旅行している本人にとってはですが。（自分を観測するときは、相対速度は０なので、相対論の影響はありません。）しかも目的の星までの距離は相対論による距離の縮みが起きて、旅行者には10光年より短く観測されます。つまり、うんと早く行けるのです。あくまで旅行者にとってはですが。
しかし、地球で観測している人には、10年以上かかって星についたようにしか見えません。戻ってくる時も同じです。
そのため、戻ってきたとき、地球の人は20年以上年をとっていますが、旅行者は20年より少ない年しか取りません。これがウラシマ効果の正しい解釈です。

回答No.13

fxq11011

変異の情報。
私も知りません、というより良く分かりません。
音を例にとれば、空気の粒子は音速であh移動しませんが、その場で振動（動いている）しています。
もしそのような、物質の動きが必要なく、変異が伝わることがあるとすれば・・・？。
現実的ではありませんが、光速を超えるものがあるとすれば、そんなものかなあー、程度のものです。

回答No.11

fxq11011

速度といってもいろいろあります。
車や飛行機等〃、物体が移動する速度。
音や地震に振動等〃、変化（変位）が伝播する速度。
物質を光速に加速するには無限大のエネルギーが必要と聞いたことがあります。
変位、または変位の情報？というものがあれば、ひょっとすれば光速を超えるかも？。
でも情報だけ得ても・・・？

補足

回答ありがとうござます。
変位の情報とはなんでしょうか？

回答No.10

chiha2525

光の速度、というのは一般的に分かりやすく歴史的に見てもそこから話が始まっているのでよく使われますが、この世には何かを伝える速度の上限があり、光もそれと同じ速度で伝わっている、と考えるほうがより正しいと思います。
光（電磁波）以外にも、重力や、完全剛体（決して変形しない理想物質）を押したりした時に伝わる動きなども、同様の速度で伝わると考えられています。

特殊相対性理論の本はたくさん出ていますので、興味があるのでしたら、さらっと一冊程度読んでおくと知識として役にたつと思います♪

＞もしも超えたとしたらどのような事が起きるのでしょうか。
理論からは因果律がやぶられると考えられています。具体的に言えば、例えば「スイッチを入れて電灯が点く」という現象が、別の観測者には「スイッチを入れる前に電灯が点く」になります。
因果律がやぶれるというのはあまり考えられないので、光の速度より速い物質（速い速度で情報伝達ができる何か）があるなら、相対性理論に間違えがあることになるでしょう。

お礼

回答ありがとうございます。
ひも理論は分からないなりにも勉強してみました。
相対性理論は一度読んでみます！
因果律って興味深いです！！

回答No.9

tetsumyi

光の速度とは単に光が進む速さと言うだけでなく、物理現象が他の場所に影響を及ぼすことができる限界の速度です。
ですから、１つの現象が消えて他の場所に光速度を超えてその現象が観測できたとすれば、それは最初の現象とは別の現象です。
つまり、光の速度より速い速度で他の場所で現れたとすれば、最初の物体は消滅し、他の場所では無関係なものとしてたまたま出現したのです。
または、見える宇宙を飛び越えて、高い次元を通って別の場所に出現することはあるかもしれない。

お礼

回答有難うございます。
次元って不思議ですね。
私たちの予想の斜め上をいくので。
大変勉強になりました。
ありがとうございます＾＾

回答No.8

noname#195146

>宇宙空間では光の速度より早く速度を出すことは出来ないのでしょうか。

　宇宙空間は膨張しているというややこしい事情があるんですが、何億光年以上とか、そんなに遠くければ考えなくていいので、そういうことは置いておくとします。

　光速度より速いものは見つかっていません。相対性理論からすると、それで辻褄はあいます。

　ただ、相対性理論で多少工夫すると、光速度以上があっても構わないことにはなります。そういうものにタキオンという名前がついています。しかし、今のところ見つかっていませんし、作り方も全く分かりません。

　その他に、空間に穴が開いてできる近道があり得るのではないかと、理論的には予想されています。ワームホールと呼ばれていて、実質的に光速度を超える結果となります。

>もしも超えたとしたらどのような事が起きるのでしょうか。

　そのタキオンやワームホールを工夫すれば、超光速であることを使って、過去と通信ができたり、過去に戻れたりします。

　もし実際にそうできると、ちょっと厄介です。普通は原因が先にあって、結果が後になります。それが逆転することが可能になります。例えば、窓ガラスが割れてから石が飛んでくる、といったことです。

　そういうことが当たり前に起こる世界がどういうことになるかは、よく分かっていません。

お礼

回答ありがとうございます。
超光速で過去と通信できるというのがいまいち理解できないですね。
光速より先に行くことで見ることはできるのなら理解できますがー。。。

回答No.7

uen_sap

光速が最大です。

超えることはありませんので何も起こりません。

補足

回答有難うございます。

回答No.6

angkor_h

ネットを検索すると以下の記述が見つかります。
「宇宙の膨張速度は、宇宙の果てでは光速の4倍の速度とも考えられている」
「地球から見る宇宙の大きさは光速距離が限界。つまり、観測先からの光が地球に向かわない限り(光速以上で遠ざかるのならば)観測不能」

興味を持ったらご自分で情報を収集し、そこに疑問を感じたら情報提供者にご質問なさるのが一番かと思います。

お礼

回答有難うございます。
色々自分なりには調べているのですが、幅広い意見が聞きたくて質問致しました。
宇宙の広がる速さは興味ありますので、調べてみます。

回答No.5

foomufoomu

相対論というのは、観測者からみた、非観測者の相対運動を表したものです。
「光の速度を超えられない」というのも、観測者からみた速度が光速を超えないという内容です。
したがって、相対論では、「誰からみた速度なのか？」を常に考えていないといけません。

たとえば、ＡからみたＢの速度が0.9ｃ（ｃは光速度）で、ＢからみたＣの速度も同じ方向に0.9ｃであった時、単純にはＡからみたＣの速度は1.8ｃのはずですが、相対論によると0.994ｃになります。
これは、あくまで、Ａには0.994ｃに見える。という意味であることを忘れてはいけません。

お礼

回答有難うございます。
観測者という部分忘れません＞＜
計算式も勉強してみます。