質問: 光の速度についての疑問 皆さんあけましておめでとうございます。物理の授業を真面目に受けていた方達には阿呆らしい質問かも知れませんが、 お正月の酒のツマミにでも御回答頂ければ幸いです。宜しくお願い致します。 光より速い素粒子を観測した可能性や、ヒッグス粒子を発見出来る可能性が高まっているとして賑わっている昨今ですが、ふと下らない疑問が沸きました。 光って遮る物質や事象が無ければ常に移動だか伝播する物と考えて良いですか?それを前提に質問します。 光速は約30万キロ毎秒との事ですが、仮に人類が光速を出せる方法を得たとします。 よく相対性理論の説明で電車の中で光を照射して中と外から観測する話がありますが、 光速で移動する物体の進行方向側に前照灯、照明でもレーザーでも良いのですがこれを着けて照射した場合、この新たに照射された光の速度はどの様な結果を観測出来るでしょうか? 定点や物体との等速(前方から物体を見る・物体から前方を見る・並走する等)等の観測の条件によっても変わりますか? 私の単純な頭では、物体の速度(光速)+照射された光の速度で倍になりそうに思うのですが、 現状の相対性理論上では光速より速い事は無い様なので、新たに照射された光は確認出来ないのでしょうか? お馬鹿な私に是非ともご教示下さい。
回答: そこがまさに相対性理論のミソなのです。日本酒に合うミソかはわかりませんが。 宇宙船をいきなり光速で飛ばすと説明しにくいので、とりあえず光速の半分で飛ばします。 光速の半分で飛ぶ宇宙船の中からレーザーを前に照射します。 傍から見ると、光は光速で、宇宙船は光速の半分で進むので、1年後にはレーザー光は1光年、宇宙船は0.5光年進みます。 その距離の差は、0.5光年になりますね。 すると、宇宙船の中から見ると、光が1年で0.5光年しか進まない、ということになります。 光が0.5光年しか飛ばないんだから、経った時間は半年なんじゃないか、ということになります。 これが、高速で移動すると時間がゆっくり進む、というヤツです。 さらに、光速の3/4の速度で飛ぶ宇宙船の場合 1年後に1/4光年しか離れないので、時間は3か月になります。 さらにさらに、光速で飛ぶ宇宙船に乗ると、 1年後に光はまだレーザーの所にあるので、時間は経っていないことになります。 ということは、光速の倍の速度で飛ぶ宇宙船では、 1年後には光はレーザーの後ろ1光年にあるので、時間は1年巻き戻ったことになります。 これが、光速を超えるとタイムマシン、というヤツです。 実際には、光速を超える宇宙船はできない、と考えるのが正しいのですが、光速を固定すると、距離か時間かどっちかが歪むことになる、というのが相対性理論ミソです。 噛み砕いた表現なので、厳密性を欠くかもしれませんが、酒肴としてはこんな感じです。