DS930810のブログ

筆者は自然や自然現象に関心が相当あるので自然に関する記事(天文, 地理, 生物)を書いていきたいと思います。かつては1日2記事を適当な時間に投稿していましたが今のところは午後6時に1記事投稿する形にしています。

光速とは? 実は超えられないのには訳があった

今日最後の記事は光速について話していきたいと思います。

光速は文字通り光の速度であり、1秒間に299,792,458m進みます。

現在、全宇宙でこの速度を超えることは無いとされており、現実で高速を超えることはできません。

この興味深い光速について解説していきます。

 

1. 光速はどれほどすごいのか?

光速は非常に早く15℃、空気中の音速は毎秒340mなので音速の約88万倍にも及びます。

また、太陽-地球間をわずか8分19秒で光は進むことができます。

逆に言えば太陽の光は8分19秒前のものであり、現在の位置には存在しません。

つまり、太陽が突然消滅しても8分19秒後まで気づくことはありません。

 

更に前の記事にも書きましたが太陽-シリウス間は8.6光年離れており、当然光が届くのには8.6年もかかります。

つまり、今見ているシリウスの光は2009年の元旦ぐらいの光なのです。

 

こう見ると光の速度は遅いように見えます。確かに他の恒星系に行くのには非常に遅く、このためワープ航法でもない限り他の星に行くことはできません。

 

 

また、もう一つ他の恒星系に行くのに障壁となっているのはエネルギーの問題です。

質量をもつ物質は速度が倍になるとエネルギー量は4倍になります。

要するにエネルギーは速度の2乗に比例するのです。

また、質量にも影響し、こちらは1乗に比例します。

 

ここでそのエネルギーについて考えたいです。

質量1gの物体があり、この物体が秒速10mで運動してるとします。

その時の運動エネルギーは0.05 J (ジュール)です。

 

では、この秒速が音速になったらどうでしょうか?

なんと運動エネルギーは57.8 Jにまで増えます。

 

更に速度を増やし、光速で動いたらどうなるでしょうか?

その運動エネルギーは何と

44兆9377億5894万ジュールになります。

このエネルギーは広島型原子爆弾(55兆ジュール)に匹敵するほどなのです。

つまり、たった1gの物質でも光速で運動させると核爆弾並みのエネルギーとなります。

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つまり、高速で運動する物質はグラム単位で街を崩壊させるほどの威力なのです。

光速で移動するというのは非常に恐ろしいことなのです。

 

話は戻りますが何故このことが恒星感移動を難しくするかと言うと宇宙には小惑星等が多くあります。つまり、宇宙船が小惑星に衝突することも当然あるのです。

光速移動している宇宙船に小惑星が衝突するとどうなるかは想像がつきますよね。

つまり、衝突するたびに光速の小惑星が宇宙線に衝突し、ぶつかるたびに核爆発が起きている状態になるのです。

こんなことがあるといくら頑丈な宇宙船でも木っ端微塵になります。

よって、光速移動で宇宙を航行するなんて不可能なのです。

 

 

やはり、ワープ技術が欲しいところですが現在の時点ではワープすることは不可能とされています。けれどもワープしないと行くことは不可能です。つまり、現在の技術では恒星感航行は不可能です。

 

 

 

2. もし、光速ですれ違ったら?

1では夢のない話をしましたがそれはさておき、もし2つの物体が逆方向に光速ですれ違ったらどうなるかについて話していきたいと思います。

 

ある所に2つの物体が逆方向に40m/sで進んでいました。

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この時、赤いほうから青いほうを見た時の速度はどれぐらいになっているでしょうか?

もちろん80km/sに見えます。

 

では、速度を早くして20万km/sにします。

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この時のから見たの速度はもちろん40万km/s...

ではなく、なんと276,805km/sほどになります。

 

また、29万キロメートルですれちがうと299,627km/sとなります。

 

これは何故なのでしょうか?

実はすれ違う時の速度は単純に足されるわけではないからです

 

実際にAから見たBの速度(相対速度と言う)をAB、Aの速度をA、Bの速度をBとおくとこういう式が成り立ちます。

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このAとBの数値を299,792,458にしてもABの数値は299,792,458を越えません。

つまり、相対速度でも決して光速を超えることは無いのです。

 

ここで気づいている方には分かると思いますが40m/sの時の相対速度も実は80m/sではないのです。実際には80よりも小さく、79.99999...のようになっています。

 

 

 

3. 速いほど重い?

時速40kmで動いている物質と全く同じ物質が静止しているのでは実は質量が異なります

これはある式が関係しており、その式は下のようになっております。

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ここでのmは物質の質量、m0は静止質量(読んで字のごとく)、vは物質の秒速です。

日常生活ではvが無視できるほど小さいので質量は変わらないと実感できます(新幹線ぐらいの速度80m/sでも電卓で表記できないほどの小ささ)。

 

しかし、速度が増えますと話は変わります。

光速の70%だと1.4倍ほど重くなり、90%だと2.29倍ほど重くなります。

更に光速の99%となると7.09倍ほどになり、99.999%だと223.6倍になります。

 

このように光速に近づけば近づくほど重くなり、ついには光速前で質量が無限になります。こうなると速度を上げることができなくなるため、光速を超えることは決して無いです。

 

このような事情があるため光速を超えることはおろか達することもできません(質量がある場合)。

 

一見魔法のように見える光速、この世の大きな謎です。