[Published: May 24, 2022 5.57am AEST] – デヴァンシー、13歳、ムンバイ、インド
[答えてくれる先生：Sam Baron]
サム・バロン 先生
オーストラリア カトリック大学 准教授
こんにちはデヴァンシー！この素晴らしい質問をありがとう。
私たちの知る限り、人が光速の2倍の速度で動くことは不可能です。実際、あなたや私と同じような質量を持つ何らかの物体が、光速よりも速く移動することは不可能です。
ただし、特定の奇妙な粒子の場合、光速の2倍の速度で移動する可能性があり、それらの粒子をその時間内に送り返す可能性があります。
ユニバーサル速度制限
現時点で私たちの最高の物理理論の1つは、アルバートアインシュタインによって開発された相対性理論です。この理論によれば、光の速度は、質量のあるものすべてに対する普遍的な速度制限として機能します。
具体的には、相対性理論は、質量のあるものは光速を超えて加速できないことを示しています。
質量のある物体を加速するには、エネルギーを追加する必要があります。物体を速く移動させたいほど、より多くのエネルギーが必要になります。
相対性理論は、質量のあるものは、質量に関係なく、光速まで加速するために無限の量のエネルギーを必要とすることを示しています。
しかし、私たちが知っているすべてのエネルギー源は有限です。それらはいくつかの点で制限されています。
確かに、宇宙には限られた量のエネルギーしか含まれていないと考えられます。それは、光の速度まで質量のあるものを加速するのに十分なエネルギーが宇宙にないことを意味します。
あなたと私には質量があるので、すぐに光速の2倍の速度で移動することを期待しないでください。
アインシュタインによれば、物体や人間のようなかさばるものは、光速より速く加速することはできません。
タキオン
この普遍的な速度制限は、私たちが「通常の質量 ordinary mass」と呼ぶ可能性のあるものすべてに適用されます。
ただし、「仮想質量」と呼ばれる特殊な種類の質量を持つタキオン (tachyons) と呼ばれる仮想粒子(imaginary mass) があります。
タキオンが存在するという証拠はありません。しかし、相対性理論によれば、それらの存在の可能性を排除することはできません。
それらが存在する場合、タキオンは常に光速よりも速く移動している必要があります。通常の質量を持つものが光速を超えて加速できないのと同じように、タキオンは光速以下に減速することはできません。
一部の物理学者は、タキオンが存在する場合、それらは常に時間的に後方に移動すると信じています。これが、タキオンが多くの空想科学小説や映画でタイムトラベルに関連付けられている理由です。
いつかタキオンを利用してタイムマシンを構築するかもしれないという考えがあります。しかし、潜在的なタキオンを検出する能力がないため、今のところこれは遠い夢のままです。
ショートカット？
光速より速く移動できないのは残念です。太陽以外の私たちに最も近い星は4.35光年離れています。したがって、光速で移動すると、そこに到達するのに4年以上かかります。
私たちがこれまでに検出した最も遠い星は、280億光年離れています。したがって、宇宙全体のチャート作成をほとんどあきらめることでしょう。
とはいえ、相対性理論は「ワームホール wormholes」の存在を可能にします。
ワームホールは、空間内の任意の2点間のショートカットです。星は通常4.5光年離れているかもしれませんが、ワームホールを経由して数時間しか離れていない可能性があります。
実際のワームホールがあれば、非常に短い時間で長距離を移動できるようになり、一生のうちに宇宙の最果てまで到達できるようになります。
残念ながら、タキオンのように、ワームホールは完全に仮想的なままです。
ワームホールは、2つの端が時空の異なるポイントに開いているトンネルと考えることができます。
奇妙な可能性
真実、光よりも速く移動することはできませんが、それでも、それがどのようなものになるかを想像することはできます。
このように考えることで、私たちは「反事実的思考 counterfactual thinking」に取り組んでいます。現実がなんらかの形で異なっていたら、どうなるか、またはどうなるかもしれないかを考えています。
私たちが考えることができる多くの異なる可能性があり、それぞれが異なる物理的原理のセットを持っています。
ですから私たちは、光速よりも速く移動できたらどうなるか、はっきりとは言えません。せいぜい、何が起こるかを推測することができます。一部の科学者がタキオンがそうするかもしれないと思うように、私たちは時間を遡って旅行し始めるでしょうか？
いくつかのアイデアを思いつくのはあなたとあなたの想像力に任せます！
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.
