超光速航法
超光速航法(ちょうこうそくこうほう)は、SFなどに見られる架空の航法であり、宇宙船が光速を超える速さで航行するための技術。
相対性理論によると、物体の相対論的質量は速度が上がるにしたがって増加し、光速において無限大となる。このため、単純に加速を続けるだけでは光速に達することも、光速を超えることもできない。宇宙を縦横無尽に駆け回るSF(とくにスペースオペラ)の恒星船ではこのままだと都合が悪いので、さまざまな架空理論にもとづく超光速航法が考えられている。ハードSFでは、最先端の物理学の仮説を利用して相対論の枠内でブラックホールを利用することにより、超光速を使わずに空間移動する方法や超空間での移動を用いる。
また、SFの設定では、超光速航法の関連技術を使って超光速通信も行われているとすることがある。そうでない場合、通信よりも超光速宇宙船で移動するほうが先に届くため、「通信宇宙船」を設定することがある。
超光速航法というと光より速いスピードとシンプルに考えるかもしれないが、話はそう単純ではない。例えば宇宙に近道を作るタイプの超光速航法では、光より遅い進行スピードで光より早く目的地に到着する。これは到着が早いのであって、速度が速いのではない。また、速度を計る時計の進みも相対性理論では場所によって異なり、ほぼ光速で飛行している宇宙船内やブラックホールの事象の地平面付近では地球上の我々から見ると時間はほとんど止まっている。すなわち、このような時間の遅れた系にいる観測者が『体感』する移動は、その観測者から見て光速は常に光速であるにも関わらず、超光速航法と全く同じ結果になることがある。
つまりここで言う超光速航法とは、地球上のような弱い重力場中や何もない宇宙空間を光速よりも十分遅いスピードで運動している観測者の持つ時計で測って、出発点と目的地の間の距離を真空中の光速度で割るよりも短い時間で目的地へ到着する航法全般、ということになる。超光速航法を超光速と定義付ける重要なファクターは、多くの場合地球の時計なのである。
これに対し、空間の2地点を「くっつけて」移動する、あるいは何らかの方法で瞬間移動するものをワープという。いずれにしろ超科学的であることは間違いなく、厳密に区別できるものでもない。
初期のSFやスペースオペラでは、相対性理論に言及せず、加速を続けることによって光速を越えている例が多い。
エドワード・E・スミスの『宇宙のスカイラーク』シリーズでは、相対性理論に触れたうえで観測事実として加速継続による超光速が実現されたとしており、理論は現実によって修正されるという、ある意味科学的な手法であると言える。また、同じ作者の『レンズマン』シリーズでは、「バーゲンホルム機関」という装置で質量が持つ慣性を無効化し、宇宙船の質量そのものを無効化して超光速を達成している。
SFテレビシリーズの『スタートレック』では、ワープ・エンジンにより宇宙船を包み込むように亜空間フィールドを発生させ、亜空間フィールドの膜に包まれた内部は、プランク時間以内に通常の空間に対して光速で進み出し、ワープ航法を行うという設定になっている。作品中ではワープ用の亜空間フィールドのことを「ワープ・フィールド」ということもある。亜空間フィールドの膜の中は通常の空間であり、宇宙船自体は通常の空間に対して静止している。亜空間フィールドの外から見ると、宇宙船は亜空間フィールドの膜に包まれ光速で移動しているように見えるが、宇宙船自体は亜空間フィールドの膜の中にある通常の空間に対して静止している。『スタートレック』シリーズでは、亜空間という架空の空間により、光速以上の速さで移動できないという相対性理論との矛盾を回避している。
これと似た方法では、『エイリアン』シリーズにおいては、「超推進エンジン」が船の周辺に「超推進フィールド」を張り巡らせ、この中の物体は光速を超えることができる。超推進中の船から脱出ポッドが飛び出した場合は光速以下に減速するため、強力な慣性力がポッドにかかる。しかし、ポッド船体や搭乗員にダメージが及ぶほどではない描写がある。それと同様、冷凍睡眠の延長上と思われる「超睡眠カプセル」も用いられる(ただし、通信については電波を亜空間経由で通し超光速通信がなされている事が『エイリアン3』に描かれている)。
日本のテレビアニメ『宇宙戦艦ヤマト』でも同じワープ航法という名称の超光速航法が登場するが、こちらは、出発点と到着点の間の空間を折りたたみ、通常の時空間から飛び出して目的地まで近道をするというものである。
アイザック・アシモフは晩年の作品『ネメシス』において、『ファウンデーション』シリーズなどに登場する超光速航法「ハイパースペース・トラベル」の開発史を描いている。それによると、ハイパースペース(超空間)通過時においても宇宙船は通常空間の恒星などの大質量点による引力の影響を受けるが、超光速においてはそれが逆に斥力として作用するため、通常空間復帰時に誤って恒星やブラックホール等に突っ込んでしまう恐れは無い、と説明されている。
本職の工学者である石原藤夫は、自らのSF小説『ホワイトホール惑星』に登場させた「白黒穴帆型推進システム」において、ローレンツ収縮の公式とツィオルコフスキーの公式(と他の幾つかのやや強引な仮定)を元にして、「数式的に」超光速運動の原理を証明して見せた。また、石原藤夫の別の作品、太陽系を中心とした直径100光年の球殻宇宙「光世紀世界」を舞台にしたハードSF「光世紀パトロール」シリーズには「光速伸張航法」が登場する。
山本弘の小説『サイバーナイト』では、極めて小さな時間単位(プランク秒未満)のうちでは物理法則が無効になるので、その時間単位内で膨大なエネルギーをつぎ込んで超光速で移動するという「跳躍航法(ジャンプ・ドライブ)」が使われている。山本の作品では、パロディも含めこの種の超光速航法が多数登場する。また、山本の別のSF小説『ギャラクシートリッパー美葉』シリーズでは、人間原理を応用した「観測しない」方式も挙げられる。この方式の根底には「光速を超えた航行は相対性理論によって否定される」という事実がある。換言すれば、航行者が光速を超えた航行を観測しないことによって超光速飛行状態を攪乱しないとき、かつそのときに限り超光速飛行状態が維持されるのである。つまり平たく言ってしまえば、宇宙船の乗員や外部からの観察者が「現在、宇宙船が超光速で移動している」という事実を、絶対に「見ない」「知覚しない」ことで、超光速状態を維持するのである。
同様に観測問題的トリックを使用するものには、神林長平の『敵は海賊』シリーズに登場する「Ωドライブ」と、谷甲州の『終わりなき索敵』に登場する「超光速シャフト」の利用がある。それぞれ細かいカラクリは異なるが、方法としては目的空間に先行情報を送り込み、その場所における存在確率を上げてから実体を送り込んで辻褄を合わせをする点で共通している。海外のSFで似た方式を取る物として、ジェイムズ・P・ホーガンの『創世記機械』に登場する「フィリップス駆動」がある。これは物質を高次空間の波動が4次元空間に投射された物とみなし、出発地で一旦分解したパターンを目的地で再構成する事で移動を行う。また、観測問題的トリックを用いたものの亜種あるいはパロディに、ダグラス・アダムスの『銀河ヒッチハイク・ガイド』に登場する、「レストラン内での数の非絶対性」を用いた「レストラン数論ドライブ」がある。
それ以外の超光速航法には、高次元空間や亜空間、二次元空間などの相対性理論が適用されない空間を通過する方法などがある。
宇宙船の装置による超光速航法以外に、宇宙の特定の場所の間にはワームホール(虫食い穴)という抜け道があって、そこを通ることによって超光速を達成するというものもある。ワームホールは宇宙が出来た時から自然に存在していた場合や、超文明を持った宇宙の先住種族の技術によって作られた場合、人類の技術によって作成した場合などがある。前者の「宇宙ができたときから自然に存在していた」という設定では野尻抱介の『クレギオン』シリーズが、「超文明を持った宇宙の先住種族の技術」としてはアーサー・C・クラークの『2001年宇宙の旅』に登場するスターゲートがある。なお、後者の人類によって作製されたワームホールゲートを利用したものとして、『太陽の牙ダグラム』にて地球-デロイア間の移動に用いられているものがある。これは後述の通りそのままの名称を用いている。
なお、相対性理論との関係で、超光速航法とタイムトラベルは結びつけて考えられることも多い。例えば、事故によって意図せぬ時間の跳躍を起こしてしまう、などといったストーリーはSFで良く登場するものである。
劇中では、理論の詳細よりも「宇宙船が単独で、普通の水上船のようにそれなりの時間をかければ超光速航行が可能」、「普通の航行ではなく、任意の場所に瞬間移動できる」、「宇宙船自体に超光速航行能力はないが、特定の外部施設(ワープゲート、位相差空間ゲートなど)を通過することで超光速航行が可能」、「宇宙船が単独で超光速航行が可能だが、いつでもどこでもではなく、悪条件下では航行不能に陥る」などの制約条件の方が、ストーリー上では重視される。
なお、特異な利用例として、『勇者王ガオガイガー』における超光速航法の一種であるESドライブは、その原理を応用して「瞬間移動」的な攻撃方法に転用した「ESミサイル」という派生系を持つ。