ネタバレ注意：この記事では重要な筋書きについて説明していますが、予告編に表示されないものは提供していません。読者のフローレンス、7歳、彼女の質問に感謝します。
[公開日：2022年6月17日午前10時39分AEST]
[答えてくれる先生]: Sam Baron
サム・バロン 博士
オーストラリアカトリック大学 准教授
新しいディズニーピクサー映画、ライトイヤー (Lightyear) の冒頭で、バズライトイヤーは彼の指揮官と乗組員と一緒に危険な遠くの惑星で立ち往生します。
惑星から離れる彼らの唯一の望みは、特別な燃料をテストすることです。そのためには、バズは宇宙に飛び込み、繰り返し超高速にジャンプしようと試みる必要があります。しかし、彼が行うそれぞれの試みには、ひどい代償が伴います。
バズが宇宙への4分間のテスト飛行のために離陸するたびに、彼は惑星に戻ってみるとそこでは何年も経過したことを発見します。バズが最も気にかけているのは恋に落ちること、子供、さらには孫がいることです。時間は彼の最大の敵になります。
何が起こってるの？これは単なる空想科学小説、SFですか、それともバズに起こったことが実際に起こる可能性があるのでしょうか？
Lightyearでは、時間は人によってさまざまな速度で流れる可能性があります。これは「時間の遅れ」と呼ばれる本当の効果です。
時間は相対的です：アインシュタインのビッグアイデア
バズは「時間の遅れ (time dilation)」として知られている実際の現象を経験しています。「時間の遅れ」は、これまでに開発された最も有名な科学理論の1つである アルバートアインシュタイン (Albert Einstein) の相対性理論 (theory of relativity) の予測です。
相対性理論以前は、私たちが持っていた最高の運動理論はアイザックニュートン (Isaac Newton) の力学でした。
ニュートンの理論は信じられないほど強力で、太陽系の惑星の動きの驚くべき予測を提供しました。
ニュートンの理論では、時間は誰にとっても同じように秒を刻む単一の巨大な時計のようなものです。宇宙のどこにいても、マスタークロックは同じ時刻を表示します。
アインシュタインの相対性理論は、マスタークロックを、動いている人や物ごとに1つずつ、多くのクロックに粉砕しました。アインシュタインの描く宇宙の写真では、誰もが自分の時計を持っています。
この結果の1つは、時計が同じ速度で刻々と進むという保証はないということです。実際、多くの時計は異なる速度で刻みます。
さらに悪いことに、他の人に比べて移動速度が速いほど、他の人に比べて時計の刻みが遅くなります。
これは、バズのように宇宙船を非常に速く移動する場合、数分かかる場合がありますが、あなたが置き去りにした惑星上の誰かのためには数年かかる場合があることを意味します。
タイムトラベルは前進しますが、後退はしません
ある意味で、時間の遅れは一種のタイムトラベルと考えることができます。それは他の誰かの未来に飛び込む方法を提供します。
これはバズがすることです：彼は下の惑星に残された彼の友人たちの未来に飛び込みます。
時間の遅れのしくみ：ある人にとっては数分、別の人にとっては数年になることがあります。
残念ながら、「時間の遅れ」を使用して時間を遡って過去に移動する方法はありません（1人の重要なキャラクターが映画の後半で話しているように）。
また、「時間の遅れ」を利用して自分の未来を旅することもできません。
つまり、本当に速く行くだけで、未来に旅して古い自分に会う方法は知られていないということです。
たった今の地球上のタイムトラベラー
「時間の遅れ」は空想科学小説のように見えるかもしれませんが、実際には測定可能な現象です。実際、科学者たちは、時計の移動速度に応じて、時計がさまざまな異なる速度で時を刻むことを確認するために、いくつかの実験を行ってきました。
たとえば、国際宇宙ステーションの宇宙飛行士は、地球上の友人や家族と比べて非常に高速で移動しています。 （いつ見上げればよいかを知っていれば、宇宙ステーションが頭上を通過するのを見ることができます。）
これは、それらの宇宙飛行士がわずかに遅い速度で老化していることを意味します。実際、バズ・ライトイヤーの名前の由来となった米国の宇宙飛行士バズ・オルドリンは、1960年代の月への旅行中に、わずかな時間の遅れを経験したでしょう。
実在の宇宙飛行士、バズ・オルドリンは、1969年の月への旅行で、わずかな時間の遅れを経験したでしょう。
ただし、国際宇宙ステーションの宇宙飛行士は時間の遅れを感じたり気づいたりすることはありません。ライトイヤーで見られる極端なタイムジャンプのようなものではありません。
オルドリンは無事に家族のもとへ戻ることができました、そして今宇宙にいる宇宙飛行士もそうするでしょう。
無限の彼方へ
明らかに、「時間の遅れ」は深刻な代償を伴う可能性があります。しかし、それはすべて悪いニュースではありません。「時間の遅れ」はいつか私たちが星に旅行するのを助けるかもしれません。
宇宙は巨大な場所です。最寄りの星は40,208,000,000,000kmの距離にあります。そこにたどり着くのは、世界中を10億回旅行するようなものです。通常の速度で旅行していると、その旅行をするのに十分な長さで生き残ることはできません。
しかしながら、「時間の遅れ」には、「長さの収縮 (length contraction)」という別の現象も伴います。物体に向かって非常に速く移動すると、宇宙船とその物体の間の距離が縮まっているように見えます。
非常に大まかに言えば、高速では、すべてが互いに接近します。 これは、高速で旅行している人にとって、彼らは数日のうちに最も近い星に到達できることを意味します。
とは言え、「時間の遅れ」はまだ有効です。 あなたの時計は地球上の誰かの時計に比べて遅くなるでしょう。 ですから、数日で最寄りの星に往復することもできますが、家に着くまでには、知っている人は誰もいなくなってしまうでしょう。
それは、恒星間航行 (interstellar travel) の約束であり、悲劇でもあります。
この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation と各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳はarchive4kids(Koichi Ikenoue)の文責で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.
