タイムマシン（光速を超える）

Question

小学生のとき、ない頭を使って考えた、稚拙な疑問です。

光速を超えると、過去に戻れると聞いて、どうやったら光速を超えられるか当時考えました。

(1)摩擦もない、宇宙空間で、無限に長いロケットを考えます。スペースシャトルが段階的にエンジンを切り離して加速していくように、無限に長いロケットを、無限回加速すれば、いずれ光速を超えられる？
（理由：静止している観測者から電車の中でボールを投げると、電車の速度とボールの速度を合わせた速度になる）
＊ただし、宇宙の惑星とか、ブラックホールとかの重力や、引力は一切無視

(2)光速の半分の速度を出せるロケットが2つあったとする。
宇宙空間で、1つは正の方向、もう1つは負の方向（180度逆）に発射し、すれ違う時、相対速度は光速になるから、これも光速を超える？

理論的にこの方法で光速を超えることは可能なのでしょうか？

ddtddtddt · Accepted Answer

＞小学生のとき、ない頭を使って考えた・・・

ない頭を振り絞ったのは、あなただけではないですよ^^。しかし現実には皆さんの仰る通りなので、SFに走ってみますか？。

ワープ航法は、現実に一般相対性理論のシュバルトシルト解が公表されてから、SFの世界にも登場したものなので、けっこう可能性はGoodかも知れませんよ？。実現するのは1000年先かも知れませんが・・・（かなり悲しい・・・）。

物語の中ではダイレクトに、「理論無視」という手もあります。相対性理論も、非常に良く考えられた「仮説だった」、とする立場です。昨今のSFでは、ほとんど見られませんが、これだって「なきにしもあらず」です。
　一時「アインシュタインの再来」と言われた事もある（らしい）リー・スモーリンは、光速度も可変かも知れないと、本気で考えてるふしがあります。リー・スモーリンは日本では、すごくマイナーな理論物理学者ですが、自分の意見では、すごく地道な理論物理学者なので、大好きです。

極めつけは「無慣性航法」です。質量には2種類あるのを、ご存知ですか？。一つは重力質量であり、もう一つは慣性質量です。重力質量とは、重力（万有引力）の発生源としての物体の質量です。慣性質量とは、力を物体に加えた時に、その力に抵抗する質量の事です。重い物体ほど動きにくいという経験事実を表すのが、慣性質量です。

この2つは必ず一致するのか？、と問うた果てに、「一致する事を前提に」組み立てられた理論が、一般相対性理論なのです。これを「等価原理」と言います。アインシュタインって、普通に考えられてるより、ず～っとSFチックな発想の持ち主なんですよ。で、SFの側としては、「違ったら？」と試したいわけです。それが「無慣性航法」です。

慣性質量を消去できる装置が、もしあったとしたら、宇宙空間には確かに摩擦もあるけれど、それは希薄なものだから、推進力が摩擦力に釣り合うまで、ニュートン力学に従い、0秒フラットで加速できるはずだと考えるわけです。それは希薄なものなので、最終速度は、光速を遥かに越えています。

もしこんな事が出来たら、あなとの言うようにタイムマシンが出来て、皆さんの言うように因果律は崩れます。でもですね、もし人間がそんな装置を作れるなら、それは物理法則に則った装置ですから、自然は（宇宙は）、そのような超光速移動を（超光速通信を）許すような、物理機構を備えていた、という事にもなります。それによって、因果律は崩れないという証明だって出来るかもしれません。

「過去は存在しないのか？」。過去に行った人なんて誰もいません。その限りでは、夢は見ましょうよ^^。個人的には、無慣性航行が実現されても、因果律は保護される事を望みます。

だって因果律が崩れたら、「すごく面倒そうだから」・・・。そんな宇宙がいいなっ^^。

nico60000 · Answer

偉そうにNo.1で回答してすみません。
＞(2)
の回答ってうそっぱちだった、これ、すみません。

「光学的に観測できなくなるだけ」は、
片方のロケットの出す光が、他方のロケットに追いつかない、
という意味で書いたつもりだったけど、普通に届く気がする。
観測できないは別のお話だった。
出過ぎました。すみません。

もう寝ます。

psytex · Answer

タイトルからして、『光速をこえないと時間移動できない』とお考え
のようですが、光速以下の運動でも時間移動しています。
（いつも同じメンバーが同じ時空を占めていると考えるのは間違い）

光速に近づかないと目に見えて時間的な移動を感じられないのは確か
ですが、どのような速度であれ、それなりに時間軸方向の相対運動を
しています。（相対運動ごとに、互いに相手の時間が遅れる）
応用を考える前に、相対性理論の基本を習得しましょう。

Tacosan · Answer

どっちも無理.
(1) そもそも「無限に長いロケット」が存在しないのだから, 最初から破綻している. それを無視したとしても, 速度が上がるにつれて「加速」の効果が落ちてしまい結局光速には届かない.
(2) これは「誰から見た何の速度なのか」を明確にしておかないと無意味. 外部の人間からは「相対速度が光速」と見えるけど, ロケットに乗っている人間から見た相対速度は光速にはならない.

いずれも (アインシュタインの) 相対性理論の初歩.

psytex · Answer

１．は、運動エネルギーは質量に転化するので、早くなるほど重くなり、どんなに噴射してもあまり加速しなくなります（光速に近づくにつれ質量は無限大に近づく）。

２．は、相対運動が光速に近づくにつれ、相手の時間の流れが停止に近づく＝加速力も低下するので、これも光速をこえられません。

相対性理論のシンプルな応用です。

tadys · Answer

＞(2)光速の半分の速度を出せるロケットが2つあったとする。
相対性理論は、見る人の立場が違うと観測結果が違って見えると結論しています。
（これは、立場が違っても物理法則は変わらないという為に必要な事です）

２つのロケット、AとBが有ったとして、それを見ている人Cが有るとします。
ロケットの速度を言う場合には、誰から見た速度かを指定しなければなりません。
Cから見たAの速さが光速の半分で、同じくCから見たBの速さが光速の半分でAに近づくとすると、Cから見たAとBの近づく速さは光の速さになります。
この場合、Aから見たBの速さは光速にはなりません。AとCは立場が違うので同じ結果にならないのです。

Cから見たAの速さが光速の３／４で、Cから見たBの速さが光速の３／４とすると、Cから見たAとBの近づく速さは光速の６／４となって光速を超えますが、これは矛盾では有りません。
この場合でもAから見たBの速さは光速にはなりません。

cliomaxi · Answer

1.現在の物理学では質量のある物質は光速を越えての移動は出来ないとなっています。
これは加速のためにエネルギーを注ぎ込むと、それは速度が上がるのでは無く質量が増加するようになってしまいます。
質量が増加すると言う事は、その分もっと大きなエネルギーが必要となり、そのエネルギーはさらに質量の増加にしかならないのです。
質量とはエネルギーの別の形態なのです。
これは粒子加速器で僅か粒子数個とかのレベルですが実験で確認されています。

2.相対性理論には「光速度不変」と言うのが根底にあり、人間の生活程度の速度なら単純に速度を合成すれば相対速度になりますが(厳密には違うが)光同士がすれ違っても、観測者からは光の速度以上には相対速度はならないのです。

光速を越える移動方法、所謂ワープですが、相対性理論でも空間の膨張等光の速度を越える事を禁じていないものもあります。
物理学者が理論的に可能だとする方法はこれを利用するのです。
つまり宇宙船で宇宙に出て、行きたい場所までの空間を圧縮します。
そして後の空間を伸長します。
そうすれば宇宙船は光速度不変の原理に反する事なく目的地に着くのです。
但し、この方法の欠点は銀河中のエネルギーの総和とかそのくらいの途方もない量を必要とするらしいですし、だいたいからしてその空間を圧縮するとか伸長する方法はどうやったらいいのかも全く解っていません。

nico60000 · Answer

正確な解答は他の人お願い。
参考までに。

＞(1)摩擦もない、宇宙空間で、
宇宙空間にも摩擦はある。
無限に長いロケットを初期加速するのは、無限に近い重さを初期加速するので、無限に近い加速が必要。
無理。

＞(2)光速の半分の速度を出せるロケットが2つあったとする。
「光速を超える」は、慣性系に対して、超える必要がある。
この場合、あくまで速度は、「光速の半分」なので光速は超えていない。
仮に光速の2/3の場合も同様。
二つのロケットの相対速度は、光速の4/3で１を超えているが、
これは、すれ違った後に、それぞれのロケットを光学的に観測できなくなるだけ。

タイムマシン（光速を超える）

＞小学生のとき、ない頭を使って考えた・・・

偉そうにNo.1で回答してすみません。

タイトルからして、『光速をこえないと時間移動できない』とお考え

どっちも無理.

１．は、運動エネルギーは質量に転化するので、早くなるほど重くなり、どんなに噴射してもあまり加速しなくなります（光速に近づくにつれ質量は無限大に近づく）。

＞(2)光速の半分の速度を出せるロケットが2つあったとする。

1.現在の物理学では質量のある物質は光速を越えての移動は出来ないとなっています。

正確な解答は他の人お願い。

この回答への補足

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