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.4

watch-lot

相対性理論が正しいとすれば、光よりも速い物体の質量は虚数となります。
つまり、虚数の質量は実在しないとするならば質量がゼロでない限り光速を上回ることができないと言うことになります。

そしてもしも光よりも速ければ、相対時間がマイナスとなり過去に戻れることになります。
いずれも相対性理論が正しければという前提です。

しかしながら、ニュートン力学も相対性理論の出現で近似式であるとの認定を受けたように、あらたな高次元理論の出現によって相対性理論も近似式であるとの認定を受け、光よりも速いものが認定できるようになるかも知れません。そうなればタイムマシンも夢ではなくなると思います。

お礼

回答有難うございます。
そういうのはひも理論で見ました。
質量ってなんなんでしょうね。。。
無重力空間では重さをはかることはできるのでしょうか。

回答No.3

Tacosan

特殊相対性理論では「真空中の光速度」が速度の上限になります. ただし, 現実の宇宙空間は「真空」ではないので, 「宇宙空間で光より速い速度を出す」ことは特殊相対性理論を破ることなく (理論的には) 可能です. んで, 荷電粒子が光速度より速くなると「チェレンコフ光」という光を発します.

一般相対性理論だと各点において「その点における真空中の光速度より速くならない」だと思う.

お礼

回答有難うございます。
特殊相対性理論！！新しい言葉です。
調べてみます。
ありがとうございます。

回答No.2

srafp

> 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。
現時点で有効若しくはホボ正しいのではないかとされている理論や仮説では「物質の移動速度は光速度を超えられない」とされております。
しかし、「光速度を超えられない」と言う結論を導く計算式の解には「速度ゼロから加速した場合」と「光速度を超過して移動している物質を減速させた場合」の２つがあります。後者の物理的性質を持つ仮想粒子を『タキオン』と呼びますが、未だ観測に成功しておりません。
そして、過去の科学常識を振り返れば、『（その当時の）観測技術に基づく観測結果と理論は一致しているから正しい』とされていた「万有引力の法則」も、観測機器の精度控除によって近似値を出しているだけであり、決して「絶対空間」とか「絶対時間」と言う物は無いとなりました。逆の例では、宇宙空間には「エーテル」と言う物質が充満していると考えられておりましたが、諸々の観測で間違いであるとれってめを張られてしまいましたが、最近は「エーテル」とは、宇宙を構成する物質の大半を占めるが我々が未だに観測できていない「ダークマター」では無いのかということになっております。
と言う事で、光速度を超えて移動する物質が絶対に存在しないと言っているわけではありません。（と、私は理解しております）

> 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。
判りません。
しかし（以前、類似の質問に答えましたが）、光速を超えて移動すると過去に遡れる［タイムマシーン］と言う考えを紹介する学者モドキが居りますが、それは間違いでは無いかと考えます。
仮に一定の間隔で地球の姿［３Ｄ］を映した映像をとても志向性の高い電磁波で宇宙の特定方向に放射したとします（思考実験なので重力などの余計な影響はゼロとして）。一方、その電磁波を必ず受信して映像を移す機械を載せたロケットを１年後に同一方向に飛ばします。
このロケットが光速を超えた場合、機械に映し出す地球はどんどん過去（１年前）に戻っていきますが、過去の地球を見ているだけで過去の地球に到達（着陸）する事はできません。

お礼

回答有難うございます。
非常に分かり易い説明でした＾＾

回答No.1

SPROCKETER

宇宙空間に光速度を遥かに超える速度で移動している素粒子が存在しても不思議ではありませんし、理論的にも存在可能です。タキオン粒子と呼ばれているものです。

　もっとも、タキオン粒子は質量が負の素粒子で、常に光速度以上の速度で運動していなければならず、光速度以下に減速する事は出来ません。

　逆に、通常の素粒子は質量が正の素粒子で、常に光速度以下の速度でしか運動出来ず、光速度を超える速度まで加速する事は出来ません。

　質量が無い光量子が光速度で運動出来るのは、質量が正でも負でもなく、ゼロだからです。同じように質量がゼロに限りなく近い素粒子であるニュートリノーは光速度に近い速度で運動出来ます。

　質量が正である素粒子は、光速度に近づくと無限に質量が増大し、加速に必要なエネルギーも無限に大きくなるので、光速度に到達出来ません。光速度よりも速い速度が出せないのは、これが原因です。質量が負の素粒子も同じような理由で減速出来ず、光速度に到達出来ません。

　仮に、何らかの方法で、宇宙船のような大きな物体が、光速度を超えるとすれば、光速度に近づくに連れて船内時間が急速に遅くなり、光速度に到達する頃には宇宙の終わりが来ます。宇宙の終わりを超えないと、光速度を超える事が出来ません。つまり、不可能だという事です。

お礼

回答有難うございます。
負の質量。。。
重いとか軽いという考えで考えると全然理解できないですね。