光の速度と時間の流れと重力の関係について

質問

天文学や物理学は全くのド素人です。
つい先日、スカパーのディスカバリーチャンネルで宇宙の事をやってました。
そこで世界のすごい学者さん達が次から次へと解説してくれてました。
その中で、すごーく気になる事がありました。
時間の早さは重力によって変わってくるという内容でした。
比較的身近な例題として、GPS衛星について解説してました。
地表とGPS衛星では、時間の流れが少し違く、GPS衛星の方が時間の進み方が早いというものでした。
そして、この現象は地球の重力によるものであるとも解説しておりました。
ということは、光の速度、秒速30万キロという定義ですが、この速度も重力に影響されない宇宙空間では、時間の進みが速い分、30万キロ進む前に1秒過ぎてしまって、遅くなるって事でしょうか？
そもそも、光の速度30万キロとは、どの位置で定義されたものなんでしょうか？
もし地表で定義された速度であれば、GPS衛星と同じ位置での速度は、時間の進みが速い衛星付近での光の速度は、秒速29万9999.9998キロくらいの速度になったりするんでしょうか？
もし、時間の進む速さにあわせ、同じ空間にある物体の移動速度も変わるなら、どの位置にいても同じ30万キロって事になるんでしょうか？

回答No.4

雪中庵（@psytex） · ベストアンサー

いわゆる「光速」というのは、真空中＆重力場でないところでの光の（最高）速度です。
重力場においては、留まっていても加速されている（ナナメに走っている）のと等価なので、遅くなるのです。

「時間が過ぎる」というのは、変化する事です。
ところが光速で運動すると、その物体の内部の相互作用の運動量が、運動方向へのベクトル（光速）に費やされ、変化する事ができなくなる＝時間停止するのです。

物質の根源と考えられているスーパーストリングも膜理論も、そこで相互作用するのは量子＝光速であり、光速以下でもあり得ず、光速以上にもなり得ません。
ただ、そうした原理的本質を把握せずに、階層的現象を表面的に定性化する時、仮象的に非光速性は生じているのです。

相対性理論の四次元時空の方程式において、時間項はマイナスになっており、そのために空間軸と時間軸の等距離点に、“ゼロの面”ができます。
それが「ライトコーン」、すなわち光子の形成する面であり、未来と過去を分ける界面となっています。
そこに、同じ相対性理論が導く「超光速による虚数エネルギー」を、その相互作用における二乗を利用して「マイナスエネルギー＝時間軸逆行」の等価と捉えることで、光速が分ける「光速以下と超光速」が「未来(予測=空間)と過去(記憶=時間)」に転化され得るのです。

我々は「過去は既に終わっている」「未来はまだ来ていない」ので、「存在するのは現在」と考えますが、真の『現在』とは、認識体の感受表面での量子相互作用（光速）のみであり、その経験（過去＝超光速）による予測（未来＝光速下）として時空的広がりは発生しているのです。
その非光速性に基づく時空仮説（仮想的な過去と未来への対発生に基づく基底化）に対する、無の射影が量子＝エネルギーなのです。
（「何かあるんじゃないの？」という自我仮説を、「もし自己が存在するならば」という相補的な時空仮説において、「ホントは無いんだけどね」という補完的に無に還元するもの）

回答No.8

cliomaxi

>重力の強弱によって光の速度が変われば、それにあわせ時間も距離も変わってくるという事なんですね。

違います。
飽くまで光速度は不変なのです。
つまり重力(引力)で光は進行方向を曲げられるだけです。
重力はレンズのような働きをするのです。
「重力赤方偏移」で検索してみてください。

回答No.7

kagakusuki

他の回答者の方も書かれていますが、光の速度が基準となって、時間の進む速さや長さが決まりますから、光が３０万km(正確には299792458m)進むのに、１秒以上かかる事にはなりません。
　重力の強さや、移動している速度が異なっている場所から見ると、時間の進む速度や物体の長さが、変化している様に見えますがその場所における物差しと時計で測ると、光は必ず１秒間に299792458m進みます。
　言い方を変えますと、光の速度が変化しなくても済む様に、時間の進む速さと空間の長さが変化するのです。
　例えば、重力によって時間の進む速さが半分になっている場所から見ると、重力の無い場所を進む光は、２倍の速度で進んでいる様に見えますが、重力の無い場所に置かれた時計でその速度を測定すると、299792458mになります。

お礼

皆さん、ありがとうございます。
根本的に時間を軸に考えるとだめなんですね。
光が時間を決め、光と時間が距離を決めるということがよくわかりました。
今回の質問の内容は、時間や距離があり、そこに光の速度をあわせた場合をお聞きしましたが、その事自体が矛盾した質問だった訳ですね。
重力の強弱によって光の速度が変われば、それにあわせ時間も距離も変わってくるという事なんですね。
相対性理論・・・アインシュタインさんは、なんでこんな事が理解できちゃったんですかねぇ。
実際に目にしたわけじゃないのに理論だけで答えを出せてるんですね。

回答No.6

noname#98526

現在は、「1メートルは、光が真空中で299,792,458分の1秒の間に進む距離である」と定義されています。
逆に言えば、光は1秒間に299,792,458メートル＝29万9,792.458キロメートル進むのだ、と人間が決めたのです。
人間が1メートルの定義を今後変更しない限り、どんなことがあっても、この値は不変です。

回答No.5

tetsumyi

光の速度30万キロとは定義されたものではありません。
見方を変えると光の速度とは、測定結果から得られた私たちの宇宙空間で空間（距離）と時間を結びつける定数なのです。
ですから、どのような位置や運動している系にいるとしても光の速度を測定しようとすると秒速30万キロとして計測できます。
質量とエネルギーを関連させている式E=mC^2と深く関係しています。

回答No.3

x530

・ＧＰＳの事も。
・秒速３０万キロの求め方も。
・高速で移動すると寿命（時間）が延びる事も。
・地球上では、飛行機で自由落下しても、絶対に無重力を作り出すことは出来ないことも。
・なぜ、光速を越えることが出来ないのか。
・重力と時間の関係も。
相対性理論を理解すれば良く分かります。
そして、特殊相対性理論と一般相対性理論をわかりやすく説明した本が沢山あります。

例えば、、、
http://www.php.co.jp/bookstore/detail.php?isbn=978-4-569-70990-1

ご質問は、ここで回答出来るボリュームではありません。
上記の本などを一読されることをオススメします。
きっと、目から鱗が落ちるでしょう。

回答No.2

cliomaxi

相対性理論には「光速度不変」と言うのが基準となります。
ですから「時間の進みが速い分、30万キロ進む前に1秒過ぎてしまって、遅くなる」にはならないのです。
どうしても人間は時間を基準として考えるし、そう感じてしまうのですが、光の速度が基準で、時間が相対的に変化するのです。
これが相対性理論を理解しにくいものにしているんですよね。
また、観測者が何処にいるかでも違ってきます。
興味があるのでしたら書店等に行けば図解入りで解りやすい相対性理論とか何とか言うタイトルの書籍が幾つかありますから読んでみてください。

回答No.1

86tarou

光速はどこで測っても一定です。質量の大きな物の近くでも、観測者が同じ場所に居る限り同じ数値になります（時間の進み方も同じ）。ただ、これを遠くから観測すると、時間がゆっくり進んでいるように見えるだけなのです（相対的にそう見えるだけ）。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%B8%E5%AF%BE%E6%80%A7%E7%90%86%E8%AB%96
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%89%B9%E6%AE%8A%E7%9B%B8%E5%AF%BE%E6%80%A7%E7%90%86%E8%AB%96
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%80%E8%88%AC%E7%9B%B8%E5%AF%BE%E6%80%A7%E7%90%86%E8%AB%96

興味があるなら、相対性理論の本でも読まれることをお勧めします。数式が出てくるのは難解なので、漫画等で説明してあるのが良いでしょうか。