光速に関する疑問

質問

現在、相対性理論に関する啓蒙書を読んでいるのですが、そこに、速さの最大値は光の速さと書いてありました。しかし、私には光速が速さの最大値だとはなかなか信じられません。例えば、宇宙船の中で静座している人の時計で時間tだけ経過した時に、その人から見て宇宙船が2ct×((1-v^2/c^2)^(1/2))の距離だけ動いたとします。そうすると、その人から見た宇宙船の速さvは、v=2c/(5^(1/2))になると思われます。その後、その人の時計でt'(≦t)だけ経過した時に静止するように減速していったとします。そうすると、その人からすると、その宇宙船はt+t'(≦2t)で2ctよりも多くの距離を動いたことになるのではないかと思ってしまいます。
この考え方は正しくはないのでしょうか？
よろしくお願い致します。

回答No.6

雪中庵（@psytex）

基本的な勘違いは、「光速不変の法則」は、
「観察者に対して光速は常に一定である」
だという事を理解していない。
そして、その不変性を維持するために、
空間や時間は伸縮するのだ。
「別の人からすると」という問いは意味がない。
宇宙空間をすれ違う２機のロケットからすると、
相対論効果により、互いに相手の時間が遅く進み、
あらゆる相対運動は、その度毎に無限に異なる
時空を派生させているというのが相対性理論の
自然な帰結だ。
「常に同じメンバーが同じ時空を占めている」と
いう古典的な思想が、あなたの問いに先入している。

回答No.5

chiha2525_

相対性理論で、よく間違えられるのですが、１０光年の距離（光年は距離の単位です、一応）を光が進むのに１０年かかる、じゃ１０光年の距離を移動するのに１０年以上かかるのか？というと、そんなことなくて、速度さえ出せれば１年でも１日でも到達できます。実際（？）に光自身は１秒も経たずに（まったく時間を経てずに）到達します。
では、１０光年（距離です）を１年で移動する宇宙船は光の速度の１０倍か、というと、そうではないのです。なぜなら１年で移動する宇宙船にとっては距離が縮みます。１０光年が１光年に縮めば、ほぼ光の速度で１年程度で移動可能です。これを外から見ていたら、宇宙船の中の時間がゆっくり流れます。外で見てる人が１０年経っても中の人が１年なら、ほぼ光の速度で１０年移動した宇宙船の船内の時間は１年しか経っていない訳です。つまり、１０光年を１年で移動しても”光速は超えていない”のです。

これが、光の速度を超えない、ということです。ニュートン力学で光の速度を超えちゃいそうなことを考えたら、時間や距離が変わって光速を超えないようになっている、とも言えるかもしれません。

回答No.4

SPROCKETER

光速度を超えることが出来ないかという問題ですが、これには抜け穴がありまして、光速度を超える現象が起こることがあります。

　たとえば、真空中の光速度と水中の光速度は異なるので、水中の光速度を超える現象が起こる時には、チェレンコフ効果と呼ばれる現象が起こって、強い放射光（チェレンコフ放射）が発生します。

　従って、真空中の光速度を超える現象があるとしたら、チェレンコフ放射と同等の現象が起こるのが予測されるわけで、真空中の光速度を超える現象が観測されていないので実証されないだけの話なのです。

　光速度を超える飛行が実現出来るとしたら、チェレンコフ放射の凄まじい閃光を放つので、エネルギーのほとんどは放射に使われてしまい、光速度を僅かしか超えることが出来ないでしょうね。

　要するに、光速度を超えたとしても、エネルギーの大半がチェレンコフ放射光の凄まじい閃光に使われてしまって、光速度を大きく超えるのは不可能なのです。

回答No.3

teppou

質問文中の式の意味が理解できませんので、一般的なことを。
　まず、速度は、いちいちそのようには書きませんが、相対速度以外ありません。二つの物体の相対速度しかないのです。
　通常使われる、車や飛行機の速度は、地表に対する速度です。地球は自転していますし、太陽の周りをまわっていますので、太陽から見ると、違う速度になります。
　宇宙空間には、基準になるものがありませんので、宇宙空間に対する速度と言うものはありません。
　宇宙空間での速度は、二機の宇宙船の相対速度とか、ある恒星と宇宙船の相対速度などになります。
　相対性理論では、その速度を測定する観測者は、どちらかの宇宙船や、どこかの恒星（の近く）などにいるなど、位置をきちんと決めておかなければなりません。全体を見渡す位置などと言うものはないのです。もしそういう位置を想定するなら、その位置に対する相対速度と言うことになります。絶対的立場は存在しないのです。
　そういう観測者が、速度を測定すると、速度の最大値は、光速を超えないと言うのが、相対論の主張です。この主張は、世界中の大部分の物理学者や数学者に認められています。（ごく少数、違う主張をしている人がいるようです。）
　また、ある観測者の立場で測定した値から、他の立場の観測者の測定値を、計算することができます。
　なぜそうなるかは、宇宙の性質としか言えません。長さも時間も状況により伸縮するのです。
　一般向けの本には、そういうことがきちんと書いていないものもありますので、よい本を選んでください。

回答No.2

tetsumyi

問題は速度は何か、どのようにして測定するのかと言うことです。
宇宙船であれば光や電波で測定することになるので、単純に計算できないことになります。
そこで、非ユークリッド幾何学で計算するとまとまった理論体系ができるというのが相対性理論です。
宇宙では光の速度が重要な物理定数であり、空間と時間を支配しています。
それで、光速度を超えて物理現象は他の場所に影響が現れないことになります。

回答No.1

maiko0333

光速を超えたぶん、空間が曲がっているから光速は超えていないのです。