質問: 光より速い速度で遠ざかる天体があるそうですが たしか光が宇宙最速だと聞いていたのですが、 どうしてなのでしょうか? 速さに上限はないということでしょうか?
回答: どうも。田舎の大学で蛋白質の研究をしている大学院生です。おもしろそうな議論なので参加させてもらいます。専門外ですが、一応、相対論や量子論の単位も取得しているので、参考になれば幸いです。 まず、光速の話ですが光(電磁波)はどのような慣性座標系で観測しても一定であることが詳細な実験から分かっています(マイケルソン-モーレイの実験)。これを自然法則として、アインシュタインが相対論を構築したわけです。つまり、「相対論が正しいならば、光速は不変」という議論は逆で、「光速が不変」というのは実験事実なのです。 この「光速不変の原理」により、我々の時間や空間に対する概念が根本的に変わりました。もし、光速を越える物質があると、その物質は時間の逆流を経験する(?)ことになる。時間が逆流する事、すなわち原因と結果の順序が変わることは、”あり得ない”から(因果律)、すべての物の運動は光速を越えるはずがない、という理屈です。しかも、物体を加速すると加速に使われるエネルギーが質量に変換され、光速に至る前に、質量無限大になってしまいます(ちなみに光子の質量は0です。これは、静止しないことを意味してます)。 さて、超光速の話ですが、光速の何倍もの速さで実際に観測される物もあります。しかし、そもそも”光速を越えたという情報”も光速で伝わるはずなので、実際の超光速は観測されないことになるのですね。あら不思議?! 実はこのような現象は、光速以下の運動で説明できるのです。詳しくは「間違いだらけの物理概念」という本に載っていますが、ようは物体が実際には光速以下で”観測者側に近づく”ような運動によって、”見かけ上”光速を越えたように見えることもあるのです。 この”見かけ上の速さ”は、観測者に対する物体の運動方向と速度(もちろん光速以下)に依存することが、数学的解析から比較的容易に得られます。