タイムマシンのように時間を操作する問題を議論するときに必ず光の速さのことが書かれていますが、なぜ光の速さが重要になるのですか?一番はやいからなのか
’光’であることが重要なのか、もし光より速いものがみつかれば光ではなくその光より速いものが重要になるのか。。光と同じ速さで走れば鏡に自分の顔がうつらないという話しは聴いたことがありますし、その原理もわかるような気はするのですが、光と同じ速さの宇宙船にのっていれば年をとらないとか、なんで’光の速さ’なのかがわかりません。もし知ってらっしゃる方がおられましたら教えてください。

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A 回答 (10件)

質問はなぜ「光」という特定の物の速さだけが特別で、例えば電子など他のものの速度でないのか、ということだと思いますが、これは光の速さが特別な訳ではなく、ある「特別な速さ」(=3.0*10^8 m/s)があって、光がその速さをもっている、ということです。

しかし、ではなぜ具体的に 3.0*10^8 m/s という数なのか、については、分かっていませんし、分かるかどうかも分かりません。


例えば、静電気を例にして、10マイクロクーロンの静電気を1cm離すと、だいたい1g重の力がかかります。でもその時なぜ「1g重」でもっと強くないのか(たとえばその時1トンの力じゃないのか)、なぜそもそも静電気が力を及ぼすのか、ということは分からず、分かることは、「静電気力というものがあってその力のかかる時は、力は電荷相乗に比例して距離の2乗に反比例する、というような法則がある」ということです。

こういう法則を理解しやすく体系的にしたのが理論です(相対論だって理解しやすくしたものです。。。。。ぅぅむ。)。
で、この時、「1g重」という数がこの静電気の理論を特徴づけている特別な数です。
(別に1g重でなくても、1トンの力でもいいのに、実際は何故か1g重で、実験してみないと分からない数です。理論のなかでいくら考えても分からないです。なので、「理論の外」から与えてやる必要があります。)
相対論のなかでこの特別な数にあたる「特別な速さ」があって、光がその速さを持ちます。


歴史的には相対性理論が光の速さを特別と扱ってできたのと、実際光以外にその「特別な速さ」を持つものが(一般的なものでは)ないので、光が唯一特別なもののように扱われます。

しかし客観的には、ある「特別な速度」があって、光がその速度を持つ、ということで、光以外でも(morion2さんの例のように)その「特別な速さ」を持ち得ます。その速さは理論を特徴づける数の2つの内の1つなので、よく出てくるわけです。
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直接的な回答ではありませんがよく似たものに温度があります。


温度では絶対零度より低い温度は存在しません。
なぜならそれより低い温度は物理的に定義できないからです。

同じように光速を越える速度は現在では物理現象として観察されないため定義されないのです。(数学的には「粒子Xの速度を時速60万kmとする」のように定義できますがそのような粒子が観測されていないので定義しても物理的意味を持たない)

質量のある物質は光速に到達できないし、質量0の物質は光速で移動し続けるしかない。ここでは光速が重要なのではなく質量0が重要です。つまり質量0の物質が移動する速度が観測される最大の速度で、これを基準に物理現象を記述しています。
そして光が(たまたま)質量0なだけです。(ニュートリノも質量0で光速でしか移動できませんが最近の理論では怪しくなっていますね)

質量のある我々はどんなにがんばっても「質量0の物質が移動する速度」に到達することは出来ませんがそれに近づくにつれて相対論的効果が生じて普段より変わった現象が観察されます。
質問の「なんで光の速さなのか」に対しては質量のある物質の極限の速度で、不変だからということになるでしょうか。
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>なぜ光の速さが重要になるのですか?


>一番はやいからなのか ’光’であることが重要なのか、
>もし光より速いものがみつかれば光ではなく
>その光より速いものが重要になるのか。
一番速いからではなく、光であることが重要です。

まず、相対論で重要なのは互いに運動している2つのものがあれば
互いに相手の時間が自分の時間より遅れて見えると言うことです。
AからはBの時間が遅れて見え、BからはAの時間が遅れて見えます。

ここで光速度cが出てくるのは私達の情報伝達の手段が、
目で見るにしても、電磁波(光は電磁波の一種)で信号を送るにしても
光速度でおこなわれているからです。
したがって、タキオンが存在したとしてもそれが情報伝達できるものでなければ
今と同じく相手の時間は遅れて見えることになります。
私達の目がタキオンで物事を見るとするなら、自分に対して光速度で
運動している相手の時間は止まっては見えないでしょう。


>光と同じ速さで走れば鏡に自分の顔がうつらない
>という話しは聴いたことがあります
この部分は少し誤解があるようです。
光と同じ速さで進んでも鏡に自分の顔が映るということが
相対性理論の元にある原理です。
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>一番はやいからなのか


これで合ってるといえば合ってます。情報の伝わる最高速度だからです。
ちなみに、
>光と同じ速さで走れば鏡に自分の顔がうつらない

>光と同じ速さの宇宙船にのっていれば年をとらない
はうそです。
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またスカタン回答を増やすことになってしまうのかな...。


相対性理論では、時間と空間は本質的に同じものであると考えるそうです。
その際の換算率になるのが真空中での光の速さなのです。
一番速いことが重要なのではありません。
光速を超える粒子(タキオン)の存在も、可能性としては無いこともありませんが、
そのようなものがあったとしても、この換算率の値が変わることはありません。
ちなみに、まだ見つかっていませんが、重力を媒介する粒子グラビトンも、光速で
動くそうです。
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大学の授業でかじった程度なので、自信無しですが・・・



回答としては「光の速度が誰にとってもこの世の最高速度だから」だと思います。

アインシュタインが光速の問題を考える際に「光速は誰にとっても同一でこの世の最高速度だ」として、これを数学的に展開した結果、「光速に近い速度で動くと時間が遅れる」等の現象が導き出されました。(なぜそうなるか?については、No.3やNo.4の方が書いておられますし、更に詳しくは巷にある相対性理論の初心者用入門書を読まれる事をお勧めします。)

余談ですが、やはり速度とか時間とかエネルギーについての方程式をグリグリいじってると、光速よりも速い粒子の存在が予言されます。で、この粒子を“タキオン”と呼ぶのですが、今のところ実際に観測はされておらず、理論上の仮想的な粒子であると考える人が多いようです。


ちなみに、光年については、単純に距離=時間×速度なので、大きい距離を表すために大きい速度は?という事で身近&最高速の光速が選ばれたのだと思います。

更に余談ですが、光年よりも大きい“パーセク”なる単位も存在します。
詳しくは下記URLをご覧ください。

参考URL:http://www14.u-page.so-net.ne.jp/yg7/dentyu/back …
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こんにちは。

maruru01です。
以下のURLを参照してみて下さい。
では。

参考URL:http://www.ne.jp/asahi/up/to/soutairon/easy/
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この回答へのお礼

URL大変参考になりました。僕のようなまったくの初心者でもわかりやすく書かれていてよくわかりました。どうもありがとうございました。

お礼日時:2001/10/03 19:09

光の速さは世の中に存在するすべてのものの中で絶対速度だからです。

たとえば光の速度で飛ぶロケットに乗っているとします。進行方向に向かって光を照射すると、光は2倍の速度で前進すると思いますか?また、同じ様に後ろ向きに照射した場合は光の粒子はその場に留まると思いますか?
答えは、前方に照射しても光の速度以上にはならないし、後ろに照射した光は光の速度で後ろに向かって進みます。
つまり、後ろ向きに照射した光は2倍の速度を出しているということになるわけです。光源がどんな状態の速度で移動していても、常に一定の速度を保つ性質が光にだけあるのです。ロケットは光速に近ずけば近ずくほど質量は無限に増加し、今のロケットでは理論的に光速を越えることは不可能です。しかし、おっしゃるように時間も伸びてくるので、ロケットの1時間が地球時間の何十年分にもなるのです。ロケットの中では1時間は1時間なのですよ。年も普通に取ります。ただし、地球に住む人達に比べて時間が伸びているので相対的に年を取らないように見えるのです。光の速度を超えることができれば、時間がそこには存在してなくて、過去に戻ることができるであろうとアインシュタインも言っていたようです。光速以上の速度が出せれば、はるかかなたの距離を一瞬で飛び越せると言う学者もいるらしいので、UFOが外宇宙から飛来している話は案外本当かも知れませんね。
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現在分かっている速度が一番速いものは光(電波も同じ)と考えられています。


一秒間に地球を7週半。宇宙の距離は普通の地球上の距離感覚では想像も難しい
です。

地球が太陽の周りを1周するのを1年間としています。日数にして365日
です。この365日間に光が進む距離を計算し1光年としています。

光と同じ速さの宇宙船に乗ると、1年経っても時間の経過が無いと考えられるからです。理屈ではこのようになるのですが、まだ経験した人は居ません。

この理屈で行くと、たまたまこの宇宙船で誕生した子供は何時までたっても誕生
直後の状態で成長はしない事になります。

上手く説明できませんが、光年の仕組みを理解出来れば幸いです。
ちなみに太陽から地球まで光の届く時間は約8分位と記憶しています。
間違っていたらすみません。
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 単位として、時速**Km、距離**Kmなどと表現しますが、その値があまりにも大きくて表現できない距離や速度を表すために、**光年という単位を用いているのだと思います。

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いま、長さ1光年の棒があります。その両端にAliceとBobがいます。この時点の棒の両端の位置を基準とします。Aliceからみて1cm手前に引くと「あ」、2cm手前に引くと「い」と前もって約束しています。

Aliceが「あ」「し」「た」と棒を動かすとBobにそれが伝わるのはいつでしょうか。もし、動かすと同時(ここで言う同時とはAliceのいる慣性系で同時刻の意です)にBobに伝わるのであれば超光速通信の完成です。しかし相対論はこれを否定します。

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Aベストアンサー

まだ、光より早い物質は見つかっていません。

アインシュタインの、
E=Mc^2と言う方程式があります。

光速度不変法則の方程式を使うと、
物質は、光速になると質量が無限大になります。

この理論が正しければ、
この世に、光以上の速度を持つ物質は存在出来なくなります。

現に、加速器で素粒子を光速以上に加速させようとしても出来ないそうです。
ただ単に、それ以降の与えたエネルギーは、質量になるだけらしいのです。

この事から、
アインシュタインは恐らく正しく、光速以上で動く物質は無い。
この説が最も有力です。

しかし、元々物質が光速以上の速度だったと仮定して計算すると計算は、矛盾無く計算出来ました。

これを、タキオン理論と言います。
タキオンとは、光速以上の速度を持つ粒子と言う意味です。
残念ながら、タキロンと命名出来る物質は発見されていません。(永久に無理かもしれません)

光速度不変法則とは、真空中での事です。
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実験での証明は出来ませんね。^^

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遅くなった光速度より早く動いてしまい、発光します。(臨界の光)

これは、別に水の分子が光速を超えたのではありません。
どうあがいても、水分子は、秒速30万キロ以上にはなれないのです。

あくまで基準は、真空中です。

でも、物質が光速を超えるといきなり光出すかもしんない。^^;

あくまで、物質(質量M)の事です。
空間は、質量ではありません。
空間が光の5倍で膨張しても、理論は変わりません。

方程式には、空間の項はありません。
空間が、光速以上でも問題は無い訳です。

専門家さんの回答が無いようなので、
すごくかみ潰して説明させて頂きました。(^○^)

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