光速で移動した場合の時間経過

Question

光速まで加速できるロケットがあるとして、それを外から見た時、光速に近づくにつれて、ロケット内の時間はゆっくり経過し、光速に達したら時間は止まるのでしょうか？もしもそうだとするとファーストスターの光を含め、全ての光は障害物に当たらない限り、宇宙が消滅する迄の間、時間経過なしとなります。すなわち、光は発したらその後は時間が経過しないと言うことでしょうか？何方かご教授ください。

lazydog1 · Accepted Answer

お礼、ありがとうございます。#7です。

>瞬間を捉えた写真(時間は止まっている)の構成要素(細かな発色粒子)が光速で旅していると考えて良いでしょうか？

光自身の時間を考えるときは、そのように理解するといいでしょうね。「細かな発色粒子」というのは、いいポイントを突いているともいえます。光は普通は波として扱いますが、「光子」と呼ばれることがあります。量子ということなんですが、ざっくり「粒子」と考えて構わないでしょう。

光は素粒子でもあるわけですね。その観点で光子として考えたとき、光子自身に時間経過などはなく、だから半減期などもなく、何かにぶつからない限り、永久不変です。

だからこそ、100億光年も離れた恒星の100億年前に発せられた光は、限りなく真空に近い宇宙空間を渡って地球に届き、遠い星の様子を正しく表していると考えてよいわけです。宇宙が膨張しているための後退速度による赤方偏移を補正すれば、太陽を含む近くにある恒星と比べて、遥か遠方に見える恒星の大きさや年齢も分かります（見えたものは100億年前の姿で、宇宙の過去が分かる）。

こんなことが分かるのも、光自身の時間が止まっていて、決して変化しないからだと考えて構わないと思います。

lazydog1 · Answer

我々は光にはなれませんし、光速度に近づくにつれて加速しにくくなりますから（俗に「重くなる」と表現される）、光速度に到達できません。

それでも、どんどん加速して光速度に近づいて行くと、いろいろな変化が現れます。自分が加速していく視点で考えてみます。周りのものは、自分の進行方向に対し、だんだんぺったんこになっていきます（進行方向と垂直な方向はそのまま）。

それだけではなく、遠くにあったものが近くになります。空間自体が自分の進行方向に対し収縮するのです。よく、とんでもなく速い速度の宇宙船であれば、生きている間にどんな遠くでもたどり着けると言われたりします。光速度より遅いのに、どうしてそんなことができるかというのが、空間の収縮です。光速度以下だけど、近くなるからたどり着けるわけです。

その極限として、光速度に到達したとします（思考実験だから、できることにしておく）。進行方向に対してなら、もともとはどんな遠い距離であったとしても、距離ゼロになります。光速度になれば、どんな遠い所でも一瞬にして到達してしまえるわけです。

ちなみに、それを外から眺めると、「時間が止まっている」ということになります。時間が止まっているから、所要時間ゼロでどこまでも行けるわけですね。

ただ、光自体は我々から見て変化はします。例えば、光は波ですから、時間と共にまさに波打ちます。それは光自体の時間とは無関係なものです。他に時間の止まったものといえば、有名なものではブラックホールの表面（事象の地平面）があります。ブラックホールは移動できますし、回転もしています。それはブラックホールの表面の時間が止まっている事とは無関係です。時間の止まったものでも、動いたり回転することはできるわけです。

ここからは余談になります。光速度に到達した自分視点に戻ります。自分の時計は普通に動いています。動いているのは周囲であって、時間が止まっているのも周囲になります。このとき、光はどう見えるか、という疑問を相対論を考え出す前のアインシュタインは疑問に思ったそうです。光は相変わらず秒速30万kmの速さになります。

光速度ぎりぎりまで加速しても、光は秒速30万kmの速さです（それが相対論の前提）。光速度に到達した途端、光が秒速30万kmでなくなると考えるのは合理的ではありません。

それは、電磁波同士が作用する現象があることからも、そうなっているはずなんです（光は電磁波のある波長のものを指す言葉で、広義には電磁波です）。同じ方向に進む電磁波同士が静止してしまうと考えると、いろいろ説明できないことがでてきてしまいます。

athrun78 · Answer

光に載せられている情報は、発せられたときの情報で止まっています
ご質問では、時間だけを問題にしておられますが、高速に近づくと時間が遅くなるだけでなく
質量が増大して行きます

もし、光速そのものになると、時間は止まり、質量は無限になります

ただし、あくまで「相対性理論」ですので、観測者によって観測した時の話です

光速(実際にはなりませんが)の中では、相対速度はゼロですので、普通に時間も質量も
変わりはありません。ロケットの外が相対的に光速度で後ろに行きますので、止まっている
周りの時間が止まり、質量は無限に見えます

光の速さはどちらからも変わらず、光速(毎秒約30万km)でかわりません

最初のファーストスターが発した光は、その情報を載せて、光速で移動しているだけですので
たとえば138億光年離れれば、138億年前の光で光情報を見る事になりますので
138億年前の様子がわかる事になります

と、答えがずれたかな?

tetsumyi · Answer

その通りです。
光は発した瞬間にどこでも届きます。
そうでなければ正確な情報を、宇宙のかなたから私たちの地上まで届けることはできません。
１００億年も１００億光年もの距離を走る続けた光が、まったく変わらないで方向と同じエネルギーを保ったままで届くことはありえません。
光にとっては時間も距離もないのです。
宇宙空間の一次元に発生する電磁現象です。

基本的に光は電荷を持った電子雲に満ちた物質中を通過できません。
通過したように見えるのは、物質中の電子雲が光に同調して反応し反対側で光として放射しているだけですから、真空中の光の速度より遅いのが当然です。

hg3 · Answer

No1です。
お礼ありがとうございます。

＞確かに光にもスピードがあるので、必ず時間は経過するはずですね？
そう考えていては、この問題を正しく理解できません。

スピード即ち速度というのは、ある基準を静止しているとして、それに対して動いている速さを考えるものであり、絶対的なものではありません。
通常、我々は地上（地球）を静止していると考えて、速度を考えますが、地球は太陽の周りをまわっており静止してません。その太陽も、銀河系の中心を周っており静止していません。銀河系だって宇宙のなかで静止しているわけではありません。つまり宇宙のどこにも絶対的に静止しているところは無く、どちらが動いていどちらが静止しているかは分かりません。
光速で動いているロケットというのは、それを地上から見ている人に対して光速で動いているだけであり、ロケットが動いているのか、地上で見ている人が動いているのかは決められないのです。

そこを理解したうえで、最初の回答をもう一度読み直してください。

もしあなたが、地上からロケットを見れば、あなた自身が静止していてロケットが光速で動いています。
だから、ロケットの中の時間は止まって見えます。
地上に置いてある時計は正常に動いていますが、ロケットの中の時計は止まって見えます。

でも、もしあなたがロケットの中にいれば、ロケットの中のあなたが静止していて、地上にいる人や地上にあるものすべて（つまり地球）が光速で動いていることになるのです。
ですから、ロケットの中の時計は正常に動いていて、地上に置いてある時計が止まって見えます。

つまり、（地上から見て）光速で動いている人にとっても時間は普通に経過しているということにしかなりません。
また、（地上から見て）光速で動いたからといって宇宙の全て対して光速で動いているわけではありませんから、宇宙の始まりから終わりまでが同時に見えるということにもなりません。

ちなみに光は、誰から見ても一定の速度です。（光速不変の原理）
つまり、上述の例のロケットから、ロケットの進行方向に、光を発しても、ロケットの中の人が観測すれば、光は光速でロケットから遠ざかります。
しかしそれを地上の人が観測すれば、光とロケットが同じ速度で動いているように見えるでしょう。

komaas88 · Answer

わたしたちが光速を実現することはできません。
光は私たちとは次元の異なるなにかです。光が経験することを私たちが想像することはできても、光そのものにはなれませんから、それは単なる想像だけに終わります。そしてそれが真なのかどうかは誰にもわかりません。それが私たちの世界にとって有限のもののようで実は無限のものだという、それだけをとっても私たちの手には負えないものらしいということがなんとなく理解できます。

SPROCKETER · Answer

光速まで加速出来るロケットは作れません。

光速に近づくほど加速に必要なエネルギーが桁違いに大きくなり、光速に達するには全宇宙のエネルギーを使っても足りないぐらいに大きくなります。無限に光速に近づくだけで、光速には到達出来ません。

また、ロケットが光速に近づくに連れて時間の経過が遅くなるので、光速に近づくほど外の時間が急激に速く流れるようになり、ロケットが光速に到達する前に宇宙の終末が来てしまう結果になります。

結局、ロケットが光速に到達する事は無く、光速に無限に近づくだけで永久に光速には到達しません。従って、時間が止まる事もありません。

もし、仮にロケットが光速に達したとしたら、その瞬間に宇宙の膨張速度を超えて宇宙の外側に飛び出してしまうはずですし、その前に時間の逆行が始まって、ビッグバン以前の過去に戻ってしまうはずです。

何よりも、光速に達して時間が止まったとしたら、ロケットは「シュレーディンガーの猫」のように、宇宙の始まりから終わりまでの全ての時間に同時存在出来るようになるはずで、我々の常識が通用しない存在になります。

hg3 · Answer

＞光速に達したら時間は止まるのでしょうか？
はい、その通りです。
ロケットの外の人から見て、ロケットの中の時間は止まって見えます。

しかし、ロケットの中の人から見れば、ロケットの外の人が光速で動いているので、ロケットの外の時間が止まって見えます。

ですから、光が発した後、時間が経過しないということにはなりません。

この辺が、相対性理論の不思議なところですね。

光速で移動した場合の時間経過

お礼、ありがとうございます。

我々は光にはなれませんし、光速度に近づくにつれて加速しにくくなりますから（俗に「重くなる」と表現される）、光速度に到達できません。

光に載せられている情報は、発せられたときの情報で止まっています

その通りです。

No1です。

わたしたちが光速を実現することはできません。

光速まで加速出来るロケットは作れません。

＞光速に達したら時間は止まるのでしょうか？

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　お礼、ありがとうございます。

　我々は光にはなれませんし、光速度に近づくにつれて加速しにくくなりますから（俗に「重くなる」と表現される）、光速度に到達できません。

　光速まで加速出来るロケットは作れません。