宇宙焼肉倶楽部コミュの光の速さは無限大！？

ＳＦアニメやＳＦ小説などに登場する宇宙船は、よく光の速さを超えて、広大な宇宙を縦横無尽に走りまわっています。しかし、それは現実には不可能だといわれています。光の速さを超えられないことは、半ば常識として捉えられており、科学者の集まりの中で「超光速」などと口にすると、あまり相手にしてもらえなくなるかもしれません。つまり、失業してしまいます。ものの本をひもとくと、多くの場合「相対性理論によって、光の速さを超えられないことが証明されている」などと書かれています。もっとはなはだしい場合、光の速さが物理的な最高速度であることを“前提”にして話を進めています。本当に光の速さは超えられないのでしょうか？

また、音の速さも超えることができないといわれています。

飛行機といえば、プロペラと翼の組み合わせでした。だから、機体が音の速さに達するためには、プロペラで、少なくとも、音の速さの空気を送り出してやらなければなりません。ところが、プロペラを早く回しすぎると、プロペラの動きに空気がついてゆけなくなり、空気が薄くなってしまいます。つまり、プロペラは空回りし、有効な量の風を送り出すことができなくなっていきます。では、どのくらいの速さで、空気がついてこなくなるのでしょうか？空気の密度の振動が「音」でしたから、その速さを超えると、空気の密度の変化が伝わらなくなります。つまり、少なくとも、音の速さのところでは、空気がついてこなくなります。よって、音の速さよりも大きな速さで、空気を押し出すことはできません。音の速さというのは、大まかな目安としては、プロペラで空気を押し出すときの限界速度でもあるのです。従って、飛行機は絶対に音の速さよりも速く飛ぶことはできません！


空気の真空を作ることは難しいので、水で実験してみましょう。風呂や、プールに入ったときに、手のひらで思いっきり水面をたたいてみます。手が水面に入った瞬間、手の甲には水がくっつきません。そして、泡がぶくぶくできるでしょう。次に、水面を、そーっとゆっくりたたいてみましょう。すると、手を入れた瞬間から、水は手の甲に回り込み、泡もできません。では、その速さの境目はどの辺に現れるでしょうか？いろいろな速さで試してみてください。結局は手の甲あたりの水の波の速さで決まっているという事が観察できるはずです。

さて、この話のどこがおかしいのか、気がつきましたでしょうか？最もおかしな点は、現実に音速を超える速さの飛行機が飛んでいる事でしょう。今、私たちがやっているのは、自然科学なので、どんなに素晴らしい理論や定理よりも、現実に起こっていることの方が正しいです。理論は事実によって試されます。


音速の壁を超えることを可能にしたのは、ジェットエンジン(URL１)やロケットエンジンでした。プロペラに依る推進装置と大きく違う点は、空気を圧縮するなどして、音の速さが大気中と比べて、ずっと速くなる部分を作り出したことにあります。

これは、とても教訓的です。「飛行機は音の速さを超えられない」ということになっていたのは、「飛行機はプロペラで飛ぶ」という常識に捕らわれていたことが原因でした。別のみかたからすると、音の速さは、どこでも変わらずに、決まった大きさになっているものだと、いつのまにか思いこんでしまっていた事にあるでしょう。ちょっとした発想の転換が必要だったのです。

だから、光を超えるものは何もない！!
音速が突破できたのだから、次は光速も突破できるだろう。・・・と期待するのが人情というものでしょう。では、ジェット機やロケットで、光の速さを超えることができるでしょうか？答えはNo! です。現在、私たち人類が持っている最も速い乗り物はロケットですが、どんなに高性能なロケットエンジンを開発しても、光の速さは超えられません。原子力や核融合を使った、究極のロケットも考えられていますが(URL３)、これらを使っても、絶対に光の速さを超えることはできません。何故でしょう？ジェット機もロケットも空気やガスを噴射して、その反動で前に加速します。つまり、ガスが機体を「押して」機体が加速されるということです。この「物体が物体を押す」という現象を、ミクロな視点で眺めてみると、電気と磁気の作用が物体と物体の間で力を伝える役割をしていることがわかります。これを短く「電磁相互作用」と呼んでいます。光も実は電気と磁気の作用が絡み合ってできているものであることが知られており、電気や磁気の作用が伝わる速さは、光の速さと同じです。つまり、電磁相互作用によって力が伝わる速さが最大で光の速さだと云うことになります。そういう意味で、光の速さを越えるような「押し方」は、できないのです。

参考文献

Konno's WebPage 〜1-4/相対性理論〜
http://b.high.hokudai.ac.jp/~konno/soutairon/r14/index.html