宇宙空間での限界スピードは？？？

質問

地球だと空気や重力があるから、エンジンを切ったら自然と止まりますが、宇宙だと無重力で更に障害となる空気がないから、ずっとエンジンを燃やし続けたら、限りなくスピードが上がっていくのでしょうか？

もしそうなら、いずれ光速に届きそうなイメージがあるのですが…。専門知識にまったく乏しい素人の疑問です。愚問かもしれませんが、ご解答よろしくお願い致します。

回答No.5

abo55 · ベストアンサー

簡潔明瞭に言うと熱＝エネルギー＝質量≒重さです（重量というのは地球上1G下での重さ、質量というのは物質そのものの重さ、ので重くなると考えても間違いではないです。正確には質量が大きくなる）
熱やエネルギーも質量を持っていて（というか＝です）たとえば加速すると何トンの衝撃というように運動するエネルギーと質量は密接な関係です。（多少語弊のある説明ですが）
ちなみに宇宙は慣性の法則的に1のエネルギーを与えれば1の運動をする、つまり時速1000kmで飛んでたら時速1000kmのまま飛び続けるということ。よってどんなにエンジンを燃やし続けてもそれで2000kmになったりましてや光速になったりはしません。また、＃2さんの回答にもある通り今の科学技術では光の速さにいたるエネルギー（推力）は出せません。
詰る所、光速でのロケットの状態は理論でしか存在せず一概にこうなるとは言えないと思います。（人によっては時間が止まるとか逆行するとかめちゃくちゃです）

お礼

有難うございます！僕の中で間違っていた点がわかりました。僕はてっきり宇宙空間だと障害となる空気も重力もなく自由な空間だから、どんどんスピードがプラスされ続けるのかと思っていました。「時速1000kmで飛んでいたら時速1000kmをキープする」が正しいのですね！つまり光速に近いスピードのロケットを造るとなれば、それだけスピードが出るエンジンを積まないとダメで、そんなエンジンはない、が常識ですね。「慣性の法則」も知らないなんて…。^^;　皆様お騒がせしました。

回答No.11

First_Noel

＃２です．

＞加速し続ければ、ある一定以上のスピードがでなくなるで正しいでしょうか？

工学からの回答では，
光速に達するほどのロケットは，燃料タンクを作る余裕すらないほど，
燃料の質量の占める割合が大きくなってしまう，
と言うことです．

リクツだけで言えば，一般に，加速を続ければ速度は速くなっていきます．
古典論では同じ力を加えれば，同じ割合で速度は加速されますが，
ただ実際には相対論で表されるように段々と慣性質量が大きくなるので，
加速の度合いが小さくなって，殆ど加速していないに等しい，と言う状態になり，
遂には殆ど無限大の質量を有限の力で加速しようとするので，加速度は殆ど０になります．
光速に達した時点で，現在我々の知る物理は適用できなくなります．（と思います．）

あと＃６さまへのお礼にあります，
＞(1)「ウラシマ効果」は、実際に実験で証明されたのでしょうか？
についてですが，みかけの時間の進み遅れは特殊相対論で説明可能ですが，
実際の進み遅れは加速度環境（相対論ではこれを重力環境と同じとみなします）でも
適用できる一般相対論を持ち出さねばなりませんが，
その予測通り，例えば富士山の山頂は１年で１億分の４秒程度時間が速く進んでいるそうです．
あと直接観測はしていないと思いますが，理論では，木星では重力が大きいので１年で１０数秒とか時間が遅れ，
逆に土星以遠では太陽重力場の影響が小さくなるので地球より時間が進んでいるそうです．
（雑誌「ＮＥＷＴＯＮ」で昔読んだものですが．）

一般相対論の最も有名な検証は，水星の近日点移動の観測で，
これを矛盾無く説明しています．

木星や土星に行く探査機も，相対論を適用して運用され，
きちんと計画通りに飛んでいますから，間接的に相対論は自然を上手く
表現していることの証明と言えるでしょう．

お礼

またご意見いただきありがとうございます。
ロケット燃料にも固体やら液体やら違いがあって、進歩の過程が見えて面白いですが、光速には程遠く、まだまだって感じですね。それでも50年後の世界なんて想像もできませんが。(笑)

富士山の例もそうですが、赤道近くと両極近くを比べると、自転の回転スピードの影響で、微々たるものでも、時間の進み具合が違ったりするのかな？（赤道の方が遠心力があって、スピードが速い→時間の進み具合がゆっくり）と勝手に想像してます。現実と空想が入り混じって科学って面白いですね。

回答No.10

abo55

興味をそそるかな？と思うので参考URLに加えておきます。（場所が変わらないうちにみてください。）

参考URL：

http://dailynews.yahoo.co.jp/fc/science/astronomy/?1106536704

お礼

有益な情報ありがとうございます！
ＣＧの宇宙地図がネットで見れるなんてかなり楽しみです。写真や映像など貴重な資料が無料で見れるし勉強になります。
幾度もご教授いただき、ありがとうございます！

回答No.9

BLUEPIXY

>それは質量が増えたからエネルギーも増して
エアガン程度のスピードなら、質量が増えたとほとんど検知できないと思います。

お礼

スピードのエネルギーと質量のエネルギーは別、ということでしょうか。自分の無知さ加減がイヤになります。

ここで9回目のお礼を書いているわけですが、質問当時に比べて色々と勉強になりました。とても有意義な時間を過ごすことができたのは皆様のおかげだと思います。もうしばらく置いといて、頃合を見計らって質問を締めたいと思います。もし、何かご意見などありましたら、お気軽にメールや回答などでお寄せ下さい。本当にお世話になりました。ありがとうございました。

回答No.8

fuzisan3776

(1)「ウラシマ効果」は、実際に実験で証明されたのでしょうか？
　素粒子を光速に近い速度で動かすと崩壊までの時間が伸びる、という現象が観察されています。

他にも、No,3のお礼にも書いたのですが、
(2)「地球の自転、または公転のスピードが変われば、時間の進み具合も変わるということでしょうか？」
(3)「その場合、その地球上での時計の進行スピードは、地球人には変化を読み取れないのでしょうか？」
　もし地球が光速に近い速度で回れば、普通に動いているほかの星などから見れば、地球上の時計は非常にゆっくり進んでいるように見えます。しかし、地球上から見れば、普通に進んでいるように見えます。

さらに想像が膨らんで、
(4)「太陽系自体、何かを中心にして、回転している、または動き続けているのでしょうか？」
　銀河系の中心部を中心にして回転しています。１周するのに２億年かかります。

(5)「宇宙には、絶対座標はあるのでしょうか？」
これは僕も知りません。

お礼

空間と時間の関係が証明されているので、時間とは何か？と疑問が浮かびますが、普通これは哲学ですね。もう僕にはどうしようもないです。^^;

地球時間の変化は地球上ではわからないということは、もの凄い俯瞰で宇宙から地球を観察すれば、地球はもの凄いスピードで移動し続けていて、そのスピードも一定速度ではない可能性は大きいということですね！あ、でも、周期的に天体観測すれば、毎回同じ位置に星々があるということは、あっちの星たちも動き続けているけど、共々同じ周期、つまり同じスピードで動き続けているということですね。

問題は、スピードですね。だったら、地球上でも衛星でもいいから、猛スピードで移動する中で生活を続ければ、時間の速度が遅くなる…でも、その中にいる人の時計は1秒は１秒を刻むわけだ。…時間を延ばすことはできないのですね。相対的にみれば進み具合が変わるけど、その本人には自覚がない。
でも相対的に見れば、価値がありますね。こう書かなくても、常識っすね。^^；　東京とロスの間を船でいくのと、飛行機でいくのでは、かかる時間が全然違う。そこに違う価値観があって、しかし進む時間はほぼ変わらない。

なんだか時間って不思議ですね。どこか間違っているところがあったらご指摘お願いします。勉強になります。ご解答ありがとうございました。

回答No.7

abo55

＞(1)「ウラシマ効果」は、実際に実験
参考HPを2つほど

1＞http://www.edu.pref.ibaraki.jp/hs/date1/NEWPAGE2.HTM

2＞http://hoichi.hp.infoseek.co.jp/utyu.html

この中からいうとウラシマ効果は証明の実験は行われたそうですね。
＞(2)地球の自転、または公転のスピード
地球時間としては速くなります。（余談ですが火星の自転周期は25時間）
ただそれは日常の時間概念としてだけで、つまりは地球時間としてだけです。物理的観点から時間＝距離との概念が＃3でのHPからでも解ったと思います。ので速度が速くなるだけです。
＞(3)その場合、その地球上での
これは天体の動きから解るでしょう。（余談ですが自転速度は年々遅くなっています。ただ今回インド洋地震で1000年に1秒分くらい速くなちゃったようですね。）
＞(4)太陽系自体、何かを
今現在も宇宙は膨張を続けていますので動いているといえば動いています。
＞(5)宇宙には、絶対座標
絶対座標は何かを計算したり求めたりする上で基点となるもので自分が絶対座標と言ってしまえば絶対座標ですし、ようは人の概念的な理付けでしかないワケです。しいて挙げるなら我々太陽系を内包している銀河の中心といっても良いし膨張の中心でも良いわけです。
あとはそこまで好奇心旺盛なら宇宙の誕生とかそういう関連書物を読みあさってはいかがでしょう？

お礼

科学的に「時間＝距離の概念」が証明されているとのことでスッキリしました。自転速度が年々遅くなっていることは初耳でした。僕はてっきり移動スピードが早くなっているから、時間が過ぎるのが早く感じるようになったと思っていたけど、それは歳とか心理的なせいですね。^^
そうなんです！インド洋地震で自転スピードが変わったとのニュースを聞いて疑問に思ってしまいました。
ビックバン宇宙膨張説は、なにかの本でホーキング自身がその説も怪しいとあったので、まだ実証されてないようですね。素人ですが、そもそもどうやって実証するのかもわからないです。^^;
僕が質問した絶対座標とは、太陽系の太陽のように、つまり宇宙の中心のことです。好奇心をそそるのは、中心は「動いてない」から、時間はどうなの？と思いました。でもそう考えたら、光を食べるほどの質量をもつブラックホールとかどうなの？となれば、もうロマンの世界ですね。なんだか夢と現実が重なり合ったような、不思議な世界です。
ご解答ありがとうございました。

回答No.6

fuzisan3776

今の技術では光速よりはるかに遅いスピードしか出せませんが、光速に近いスピードを出すと、その乗り物の中では、時間の進み方が変わってきます。
　たとえば、１５００光年離れたオリオン星雲に、ロケットで光速に近いスピードで行ったら、地球から見たら約１５００年強かかりますが、そのロケットの中の人から見ると、１５００年以下で行けます。
　また、そのロケットがどんなにエンジンをふかしても、地球から見たスピードが光速を超えることはありません（光速に近づくだけです）。

お礼

空間と時間の関係の新説を説いたのがアインシュタインですね！
(1)「ウラシマ効果」は、実際に実験で証明されたのでしょうか？
他にも、No,3のお礼にも書いたのですが、
(2)「地球の自転、または公転のスピードが変われば、時間の進み具合も変わるということでしょうか？」
(3)「その場合、その地球上での時計の進行スピードは、地球人には変化を読み取れないのでしょうか？」
さらに想像が膨らんで、
(4)「太陽系自体、何かを中心にして、回転している、または動き続けているのでしょうか？」
もしそうなら、
(5)「宇宙には、絶対座標はあるのでしょうか？」
何か解ることがありましたら、どうかご教授お願い致します。

回答No.4

BLUEPIXY

>なぜ、「光速に近づくほど質量が大きくなる」のでしょうか？
これは、非常に難しいので説明しないでおこうと思いましたが、他の方が書いてくれているのでちょっとだけ書きます。
なぜかと言われたら、宇宙はそうなっているからと答えるべきだと思いますが、
数量的には、アインシュタインの相対性理論の公式から、（＃３の方の参考URLにある式で）
Ｍ＝Ｍ0／（√（１－（Ｖ／Ｃ）））
となり、
Ｍ０は、静止している時の質量で、
Ｍは運動している時の質量
Ｖはその速度
Ｃは光速度
なんですが、こういう関係があります。
この式から、速度が光速に近づくとバカにならないくらい大きくなることがわかると思います。（逆に飛行機ぐらいの速度だとほとんど変わらないことも）
なぜ、増えるのかというと、エネルギーが質量に変わるからだったような…ちょっと自信がありません。
他のもっとよく知っている人を待ちましょう。

お礼

2度のご解答ありがとうございます。
公式など難しいことはちょっとわからないのですが、例えば地球上で、友達がBB弾(プラスチックの小さい玉)を僕に投げつけても、そう痛くないですが、エアガンで撃たれたら、たまらないぐらい痛いのは、BB弾自体が猛スピード状態で、それは質量が増えたからエネルギーも増して、僕の肌に着弾したときにダメージが大きくなる、の考え方で正しいでしょうか？

光速を越えることはできないのは、No.4の方が勧めて下さったWebサイトを見てタイムマシンが不可能ということで解ったのですが、質量が大きくなると、ある一定以上はスピードが出なくなるで正しいでしょうか？

回答No.3

abo55

宇宙空間は完全に運動法則の塊みたいなものです。そこに光の速さとなるとアインシュタインの相対性理論が絡んできます。なぜ光を超えることが出来ないのかについては参考HP内を読んでいただけると良いかと。
質量の増加は
http://homepage1.nifty.com/tac-lab/
でGIFアニメとともに解説されているのでそちらを参考にしてはいかがかと。

参考URL：

http://www1.neweb.ne.jp/wa/bois/brk0303.html

お礼

参考のWebサイト見させていただきました。
難しいことはわからないんですが、なんだかロマンチックですね。見上げた満天の星々は、何万年も前の光であって、逆に考えれば、今現在あっちから地球を"超望遠鏡"で観測することができれば、星の場所によって違いますが、その望遠鏡の中に映る地球は、江戸時代だったり、縄文時代だったり、または恐竜がノシノシ歩いていたり、さらには地球の大陸の形も違ったりするのですね。
つまり、宇宙の膨大な「空間的距離」は、「時間的距離」とも言えますね！？更に素人の疑問が出てきて、地球の自転、または公転のスピードが変われば、時間の進み具合も変わるということでしょうか？その場合、その地球上での時計の進行スピードは、地球人には変化を読み取れないのでしょうか？さらに想像が膨らんで、太陽系自体、何かを中心にして、回転している、または動き続けているのでしょうか？もしそうなら、宇宙には、絶対座標はあるのでしょうか？もう頭がパンクしそうです。ご教授お願い致します。

回答No.2

First_Noel

工学的な見地から回答です．

相対性理論を考慮しない程度であれば，ロケット方程式（ツォルコフスキーの式），

ΔＶ＝ｇ×Isp×ｌｎ（mi/mf）

で速度の増え分（速度増分）が求まります．

ｇは重力加速度＝９．８ｍ／ｓ２
Ｉｓｐは比推力で，通常のロケットなら最高で４５０秒，
電気推進なら通常２０００秒，大きいものだと１００００秒を代入して下さい．
mi，mfは，ロケットの初期質量，最終質量です．即ちこの差が燃料の質量になります．単位はｋｇ．

相対論を考慮しなくても，例えばｍｉとｍｆの比からロケット本体の構造の質量が
求まりますが，ΔＶが大きくなるほどに，例え紙のような軽量な材料で
作ってもまだ重い！と言うくらい，全体質量の９９．９９９９９９・・・・％が燃料なんてことになります．
だから我々の現状持ち得るどの推進系（化学推進，電気推進，先駆的推進含めて）を使っても，
材料を使って機体を作る以上，mfとmiの比には限界があるので工学的に加速に限界が出て来ます．

お礼

専門的なご意見ありがとうございます。
加速し続ければ、ある一定以上のスピードがでなくなるで正しいでしょうか？

回答No.1

BLUEPIXY

ずっと加速ができればいずれ光速に達しますが、
光速に近づくほど質量が大きくなってきますので、
加速することが難しくなってきます。
実際の所、ロケットのような普通に質量のある物体を光速度まで加速することはできないと言って良いと思います。

お礼

ご解答ありがとうございます。
無知ですみません。なぜ、「光速に近づくほど質量が大きくなる」のでしょうか？スピードが上がれば、どんどん重くなるということで正しいでしょうか？もしそうなら、スピードを上げ続けたらロケットはどうなるのでしょうか？
すみません、またアドバイスをお願いします。