2017年11月13日
光速

宇宙最高速度と言われる「光のスピード」。 はたして本当に光のスピードを超える事はできないのか、大好きな「NEWTON」を参考に考察してみたいと思います。
光は真空中では1秒間に30万キロもの距離を進みます。この速さ(光速c、秒速約30万キロメートル)は、自然界、全宇宙での最高速度だと言われています。
言わば絶対標識です。
この世界のどこを探しても、光より早く移動できるものは存在しないという事です。
この事は、僕の大好きなアルベルト・アインシュタインが1905年に「特殊相対性理論」によって証明しました。

光は、猛烈なスピードで空間を進みますが、この広大な宇宙空間では光をもってしてもそれなりの時間がかかります。
例えば太陽の光は地球に届くまで8分以上の時間を要します。
もし光を超える「超光速」が実現できれば、過去への通信も可能になると言われています。
10年前の自分にメールする事も可能なのです。
はぁ~、10年前の自分に助言したい事はたくさんあります。
大切にしなきゃいけなかった人だっていますよ😢

っと話はそれましたが💦
なぜ、光速を超えるとそんな事が可能なのか考察してみたいと思います。
まずは「光」について少し考えてみたいと思います。

光の速度は常に一定

光速
「真空中の光の速さは、止まっている人から見ても、光速で動いてる人から見てもつねに一定である」という、
光速度不変の原理」は、アインシュタインの1905年の「特殊相対性理論」のなかで証明されています。
高速度不変の原理からは「何物も光速より早く移動する事はできない」
この事はどんな物理法則よりも優先されます。

僕たちが日常生活を暮らすなかで、時間はほぼ絶対です。
1日は24時間、1年は365日。
この当たり前の事を基準に僕たちは予定をたて、行動しています。
誰にとっても絶対時間は平等に感じられます。
これは、宇宙にとっても時間は絶対的だと思われていました。
しかし、アインシュタインの誕生以来その常識はまったく変わりました。

世界、宇宙の絶対的なものは「光」
光にかかれば、「時間」や「空間」などは伸びたり縮んだりしてしまうのです。
例えば、僕が光のスピードで動く事ができれば、動いてない人に比べて時計(時間)がゆっくり進みます。
20年間、僕が光速で動き続けて、地球に戻ってくれば晴れて僕は「浦島太郎」状態です。

しかし、これは現実的には不可能ですが、もう少し身近なところでも時間の不思議が隠れています。
例えば、タワマン最上階に暮らしてる人と、僕のように地べたで暮らしてる人でも流れる時間が違います。
(ハイソな暮らしと庶民の暮らし😱?)
いやいや、そういう事ではありません💦
暮らしてる高度(重力差)によっても時間の流れは変わってきます。
タワマンで暮らしてる人の方が時間の流れが実際に速くなるのです。
って言ってもこの違いは原子時計のようのものでない限り、計測はできません。
何千年も住んでて1秒みたいな違いです。

このように「時間」や「空間」は、その状況によって変化するのです。
「相対的」に違う・・
そう、この事をアインシュタインは「一般相対性理論」で証明してるんです。

絶対的なものは光。そう「光」だけが唯一絶対的なものなのです。

んっ??
そうそう、忘れてました💦
この宇宙で光と同等のスピードを持つ物が存在します。
さて、それはなんでしょうか?
また話がそれていきますが💦、では問題です。

もし太陽がこの瞬間なくなったらどうなるか?

ちょっと質問がアバウトすぎますね・・
まず、私たち太陽系の惑星(地球、火星、水星、木星など)は、太陽から大いなる恵みの「光」を受け、また同時に太陽の重力により引き付けられ、太陽を中心とした円運動を行っています。
この安定した回転により1年の周期ができ、安定した季節の変化を楽しんでいられます。
この太陽が我々を引っぱる力の事を「引力」と呼びます。
僕たちが丸い地球に立っていられるのも地球の重力によって中心に引っぱられる「引力」おかげなのです。

「重力」は質量(重さ)が大きければ大きいほど強くなります。
よって私たちは超巨大な太陽に引っぱられ回転しているのです。
しかし重力のスピードはどれくらいなのでしょうか?
もちろん目には見えない力です。

そこで、今この瞬間、何か宇宙的大異変で太陽が影も形もなく消え去ったとしましょう。
その時、私たちはどの時点で太陽の重力から開放されるのでしょうか?
光は地球に届くまで8分強かかります。
では引力は?

そうです。「光」と「重力」はどっちの力(作用)が早いのかという質問です。

地球に光が届くまで8分。もし太陽が消えた瞬間に地球が太陽系からそれて行ったら、それは「光」よりも「重力」の方がスピードが速いという事です。
絶対的な光のスピードよりも速いのはおかしなものです🤔

しかし8分後、最期の光が届いた後も、なくなった太陽の周りをグルグル回っているの不思議な感じです。
一種異様です。一体いつまで周り続けているんだという感じです🤔

 

答え

実は物理学の世界では「光」と「重力」のスピードは同じだと言われています。
よって、突然太陽が消え去った場合、8分後最期の光が届いた瞬間に地球は太陽系からそれて未知の方向に永遠と進み続けることになります。その瞬間に海も山も人間も凍りつきます。
そして、「光」と「重力」に共通している事は質量(重さ)がない事です。
少しでも質量があるものはこのスピードを超えることは不可能と言われています。

 

そうなんです。アインシュタインも述べてるように質量のあるものが「光」のスピードを超えるのが不可能と言っているのです。
では、質量を持たない物質なら可能なのか?

・・・そうなんです。
質量がなければ可能なんです。
しかし、こうなってくると話は厄介な事になってきます😨
なんせ質量がない、それは目に見えないという事ですから😱

 

超光速粒子タキオン

厄介なものがでてきましたねぇ・・
粒子・・「素粒子」の事です。
自然界の物質を構成するもっとも基本的な構成要素を「素粒子」と呼び、ミクロの世界では量子力学という分野で研究、発展しています。
よく知られたところだと「ニュートリノ粒子」「ヒッグス粒子」「ルクシオン」などが有名ですが、粒子は光速でも飛ぶ、我々の体、地球さえも通り抜けるなどやりたい放題です😥

僕の個人的感想
僕は科学が大好きです。
人類は古代より自然界で説明できないものを全て「神」の力として消化してきました。
そして宗教が生まれ、理不尽な事も「神」によるものだとしていきます。
そうです。 目に見えない「神」を信じてきたのです。その信仰により救われた人も大勢いたと思いますが、同時に今現在も残る戦争の火種の一つに「宗教」が関係しているのは間違いありません。

一方で「科学」は自然界で説明できない現象を観察し、実験し、思考実験を繰り返し知識を蓄積し、一つ一つ証明を重ね、身近で起こる現象の不思議を一つ一つ解決してきました。
もちろん僕たちが表層的に便利で快適に暮らしていけるのも先人たちの「科学」の積み重ねのおかげです。僕はこういった目に見えない「神」より、合理的説明のつく「科学」に魅力を感じていたのですが、最近ではまた「素粒子」であったり「ブラックホール内部」であったり、死んでも実感できない事だらけだと、結局目に見えないものを信じるしかない「科学教」という宗教に近いなぁと厄介に思うこともあります。
科学者(物理学者)自身も自然科学の真理を追求すればするほど「神の存在を感じるしかない」と良く言われる事を聞くたびに、「宗教」と「科学」、相反するようでどこまでいっても終わりのない戦いなのかなぁと思います。
(※ちなみに僕は特定の宗教を信仰してませんが、否定するつもりはまったくありません)

っと、またまた話がそれすぎですねぇーー😱😱

では、またタキオンでいきましょう🙇

またまた素粒子タキオン

相対性理論ではどんな物体も光速を超えない事が示されていますが、一方で最初から超光速で動くものであれば相対性理論とは矛盾しないと言います。相対性理論が禁止しているのは、あくまで光速未満で進んでいるものが加速して、光速を超える事なのです。

 

「な、なんじゃそりゃーー😱」

そんな事言い出したら、何でもアリじゃんかー😨

ってなりますが、そうなんだから仕方ないです。
そう、最初から超光速ならば光のスピードの10倍でも何の矛盾も発生しないんです・・

・・矛盾しないっていうんだから仕方ないんですヾ(。`Д´。)ノ

そうなんです、タキオンなら光の10倍のスピードでも可能ですが、現時点でタキオンの存在は実証はされていません。あくまで存在する可能性が理論的に予言されている段階の粒子という事です。
詳しいタキオンについてはwikiより→コチラ
では、仮説のタキオンで思考実験をしてみましょう。

過去の自分にメールを送ろう

これにはまず前提条件が必要となります。

  • 時は科学力が圧倒的に発達した西暦3000年
  • 光速の60%で進む宇宙船が開発される
  • 光速の10倍で進むタキオンで通信可能
  • 宇宙船は3000年1月1日に地球を出発
  • 出発から10年後にタキオン通信で宇宙船に向けメール送信

タキオンメールは猛スピードで宇宙船に追いつき、地球時間の3010年8月には宇宙船にメールが届きます。この時、宇宙船は宇宙船の時間で3008年7月です。

この辺りは、最初の功で述べたアインシュタインの「相対性理論」
時間とは「相対的」。 観測者によって(環境下において)伸びたり縮んだりするんです。
この場合は光のスピードに近い宇宙船で移動する事によって宇宙船内部の時間は、地球の時間よりゆっくり進む

ここで視点を地球から移動する宇宙船に移しましょう。
宇宙船から見れば光速の60%で遠ざかっているのは地球です。
宇宙船からすれば、動いてる地球の方が時間の流れが遅くなってます。

 

その為、相対性理論にもとづいて計算すると宇宙船が3008年7月にメールを受信した時、宇宙船から見て地球はまだ3006年10月にしかなっていません。
非常に不思議ですが相対性理論によると、時間の進み方は見る人の立場によって変わる(相対的である)のです。

宇宙船は、すぐさま地球に向けてタキオンメールを送信します。
相対性理論にもとづいて計算すると、このメールは3007年3月に地球に届きます。

一連のやりとりをまとめると、3010年の地球から送信されたメールが、
最終的に3007年の地球に届いた事になります。

 

原因より先に結果が生じてしまう

因果律」。
この言葉は僕の好きな言葉です。
この世界の全ての事象は、原因があって結果がある。

例えると、今の自分がもし幸せじゃなければ、過去のどこかの自分に原因がある。
それは将来の自分を幸せにしたければ、今現在の自分の行動が将来の自分に影響を及ぼすという事。
つまり、責任は必ず自分が負うという事なのです。
すべての科学の世界でも「因果律」は絶対前提となっています。

また少し話がそれましたが💦
先程のメールの話が可能になると、この「因果律」が破られる事になります。
過去の自分にある情報のメールを送ると、その過去の自分が情報を元に行動を起こすと、その後に起こる全ての歴史が変わってきてしまうのです。
その為、過去への通信が可能かどうかは、まだ議論が続いています。

まとめ

これまで、「過去にいく」や「未来にいく」などはSFや小説だけの世界の話でした。
もちろん今回の「超光速通信で過去へのメール」も理論物理学の世界の話です。

しかしただの想像、空想も人類は理論物理学の世界まで引き上げる事ができました。
しかも、こんな話がまともにできるようになったのもコンピューターの発達、IT化などが急速に発達したごくごく最近の事です。
これは、ほぼほぼ狩猟、農耕生活を営んできた人類にとって、まさにエキサイティングで革進的な時代を僕たちは生きているのだと思います。

まだまだいろんな分野で革新的な進化を続ける人類に希望を持ちつつ、本日はこの記事を締めたいと思います。
また、このカテゴリーで近いうちに「タイムマシーン」についても考えてみたいと思います🙇

光を超えるスピードは実現可能なのか?

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