宇宙

質問

宇宙では、無重力で摩擦等ないですよね？
そうだとすると、加速をしていくと永遠に加速するのでしょうか？
それとも加速をする力の限界までしか加速できないのでしょうか？

それと、ずっと加速できるとして宇宙の果てや太陽系を見ることは可能でしょうか？
帰ってこれなくても良いので自分の目でみてみたいです。
自殺扱いになるのでやはり無理なのでしょうか？

回答No.11

foomufoomu

>もし光速で移動できたとしても光速で移動する星もしくはそれ以上に
>宇宙が膨張しているとしたらたどりつけないわけですね。
私の回答は、そうではありません。他の人の、間違った回答を見ていますね。

私の回答では、地球から見て光速度に達したら、今度はもともと光速度で移動していた星（いまはロケットと同速度）を見て速度を測れば、そこからまた光速度に達するまで加速できるのです。そうしてまた光速度に達したら、こんどは地球から2倍光速度で動いていた星を見て、また速度を測ります。これを繰り返して（と考えれば）どれだけでも加速可能なのです。

光速度以上に加速は不可能、というのは、地球に残った人がロケットを見た場合のことで、ロケットに乗っている本人には、そんなことは関係ないのです。
なお、ロケットの人が地球を振り返ってみると、やはり地球は光速度以上で離れることはありません。地球を見ている限りでは、光速度以上に加速していないように見えます。そんなふうに過去を振り返るより、先にある宇宙のはてを見て進みましょう。という話です。

ニュートンの2007年3月別冊「時間と空間」にこの話がのっていました。140億光年先にある「宇宙の地平」（星が光速度で遠ざかる位置)まで、１Gで加速し続けると、ロケットに乗っている人にとっては23年でたどり着けるそうです。もちろんその先、どれだけでも加速可能です。

回答No.10

foomufoomu

宇宙には、国土地理院三角点のような基準点はないので、一言で「速度がどれだけ」というのは無意味です。地球に対しどれだけの速度、シリウスに対してどれだけの速度、という表現なら正しいです。

相対論を考えない単純計算では、ずっと１Gで加速し続けると、約1年で光速度に達します。これは地球を基準にした速度であって、もともと地球からみて光速度で遠ざかっている星を基準にすれば、ようやく追いついて速度０になったことになります。

このように、どこを基準にするか？　で、速度の概念は変わるので、相対論はあくまで「相対速度」についての理論でしかないのです。

加速度の影響についての意見がありましたが、１Gの加速では、加速のない人に比べて、原子時計でないとわからない、ごくわずかな時間の遅れが出る程度の影響しかありません。

宇宙での時間の進み方について計算したサイトがありました。
http://www.geocities.jp/hp_yamakatsu/twinparadoxua.html

お礼

ほーなるほど、もし光速で移動できたとしても光速で移動する星もしくはそれ以上に宇宙が膨張しているとしたらたどりつけないわけですね。
でも行ける所まで限り無く遠くに行き宇宙を見てみたいです。

回答No.9

雪中庵（@psytex）

#5の者です。
相対性理論は、運動の相対性に基づくものですので、宇宙船の
中であれ、地球上の観測者であれ、同じ法則が適用されます。
#5では、加速する宇宙船の質量の増加により光速に到達できない
と書きましたが、それでは宇宙船の中ではどうでしょうか？

宇宙船の中の人にとって宇宙船の慣性系は停止しているので
宇宙船の質量は増加しないので、どこまでも加速できると考える
ならば、それは相対性理論に反する事になります。
相対性理論の基盤は「光速不変性（＆光速は超えられない）」で
あるにも関わらず、「光速を超えて加速する宇宙船」から見ると、
外の世界が超光速に見えるからです。

ここで問題がややこしくなるのは、「加速」が関わっているからです。
易しい方の相対性理論である特殊相対性理論は、等速直線運動
における時空的計測の相対性（共通の絶対時空の否定）について
記述しているのに対し、それだけでは物理現象を十分に記述し切
れていないと考えたアインシュタインは、加速と重力の等価性を
ベースに一般相対性理論を生み出しました。

これによって、「外の世界が超光速」になる事もできなくなります。
外の世界の全ての物体が相対的に加速されることにより質量を
増すならば、その重力場の増大は、宇宙船の重力ポテンシャル
エネルギーの増大として質量の増大を招き、光速に近づくほど
加速に無限大のエネルギーを要するようになります。
（ちなみに「前後の空間が縮む」というのは、地球上の観察者に
とっての宇宙船の中の人の話です＝宇宙船の中の時間が遅く
なる＝すぐに着いたように感じる＝距離が縮まる）

また、光速を出せたとしても、宇宙の果てには到達できません。
それどころか宇宙は、観察者にとって、常に半径が宇宙年齢
光年の中心にいるように見えるのです。
「宇宙の果て」と簡単に言いますが実は、その半径137億光年
の球面は、ビッグバン開始の点なのです（それも“ここ”を含む）。
たとえば、百億光年彼方の星の宇宙人から電波が届いたとして、
彼が「宇宙の片隅にいる」と報告するかといえば、「宇宙は半径
37億光年だ」と言うでしょう。
この宇宙のどこにいる観察者にとっても、自分が宇宙の中心に
いるように観察されるのです。

それは、先の「137億光年彼方＝137億年前のビッグバン当時
の輻射(絶対温度3度背景放射)」が「137億年前の姿」なのは、
単に「遠くは昔の姿」という空間の遅延効果だけでなく、「光速
で運動する物体は時間が過ぎない」という相対性理論効果も
かかっているからです。
その結果、たとえば10億光年先まで光速で移動（技術的には
不可能だが）したとして、「運動前方の“果て”は137億光年の
ままで後方は147億光年」とはならず、光速後退する事で時間
停止していた“前方の果て”は、前方に加速する事で後退速度
が相殺されてフリーズが溶け、膨張が加速するのに対し、後方
の宇宙は、膨張速度が宇宙船の光速運動に加算されるため、
果てだけでなく全てフリーズし、そのまま10億光年だけ拡大して、
結果として「10億年後に半径147億光年の宇宙の中心にいる、
という宇宙の等方性は保たれるのです。

お礼

そろそろ私の脳がパンクしそうです(゜o゜;

あと十回ほど読み直してみますorz

回答No.8

noname#175206

お礼、ありがとうございます。#3です。（missshitsumon44様へも）

　もう少し、宇宙の果てについて、説明してみます。

　宇宙が空間的に膨張していることが判明し、「宇宙があるとき無から生まれ、爆発的に膨張する」というビッグバン仮説が、それまでの「宇宙は無限の過去から今のようにあり続けてきた」という定常宇宙論に取って代わりました。

　そうなると、宇宙の空間の形状が問題になりました。

　まず仮定されたのが「閉じた宇宙」です。イメージしやすいよう、3次元空間を1次元落として2次元の面だとしてみます。

　閉じた宇宙は、地球儀の表面のようなものです。有限の面積ですが、どの地点からスタートしても、もしどこまでも真っ直ぐ行くと、一周して元の場所に帰ってきます。

　そういう宇宙だと思われていました。こういう宇宙だと、一点から爆発して始まった宇宙の膨張の速度は次第に緩やかになり、やがて膨張が停止すると、今度は収縮を始め、最後には一点に戻って消えます。宇宙に充分に物質があると、重力のためにそうなります。

　別の可能性も示唆されていました。開いた宇宙です。これは、馬の鞍型とも呼ばれ、球面とは逆に、平面が反り返った感じのものです。こういう宇宙は文字通り果てがありません。どこまで真っ直ぐ進んでも、元の場所には帰って来られず、いくらでも未知の世界が進む先にあります。さらに宇宙の寿命は終わりがなく、永遠です。

　どちらなのか調べていると、極めて奇妙なことが分かりました。どうやら完全な平面のようだという観測結果が出てくるのです。ビッグバン仮説で不可能な宇宙ではないのですが、そうなる確率は事実上、0％です。

　そんな奇跡があるのかどうかが問題となり、有力な仮説としてはインフレーション仮説が出てきました。今ある宇宙の物質は、宇宙が始まったときには、ほとんど無くて、しばらくしてから出てきたとするものです。この場合は、宇宙は必然的に平らになります。また、宇宙には物質ばかりで反物質がほとんどないことも説明できそうだと言われています。

　ただ、宇宙の初期には加速しながら膨張したことになります。それは、数式的にはアインシュタインの最初の重力方程式に、アインシュタインが拡張として入れた、宇宙項というもので説明できます。宇宙項は斥力の項だからです。これの正体は、宇宙の質量として最も多いダークエネルギーとされていますが、実体は未だに明らかではありません。

　現在の宇宙は、このダークエネルギーのため、加速しながら膨張されているとされています。もしこのまま膨張の加速が続くと、重力などに対して、影響が優勢にになります。1000億年後くらいには太陽系は形を保っていられず、2000億年後には原子も壊れて行きます。

　そういうややこしい宇宙なのですが、その果てです。加速しながらの膨張でも、均等な膨張だと考えられています。すると、宇宙のどこから観測しても、観測している自分を中心に、恒星や銀河が、自分から遠いほど速く離れ去るように見えます。これを後退速度と呼びます。

　その後退速度が光速度になる距離までを、「観測可能な宇宙」と呼んでいます。観測はそこまでで、行けるところもそこまでです。半径137億光年です。

　しかし、137億光年先に見える天体は、137億年前のものです。実際には既に空間の膨張で、137億光年先にみえたものは、もっと遠くに行ってしまっています。その距離は約470億光年です。特に呼び名は無かったと思いますが、半径470億光年が確実に宇宙があると言える半径になります。ある意味、宇宙の果てです。

　現在分かっている理論や、提案されている仮説では、平らな宇宙が行き止まりになることを示すものはありません。分かっている範囲の理屈では、宇宙は470億光年の先も、ずっと続いているはずということになります。

　だからと言って、470億光年のさらに先に、宇宙の行き止まり、つまり真の宇宙の果てが無いとは言い切れません。しかし、それを確かめる手段はありません。そこで宇宙の膨張がどうなっているかも分かりません。そういう領域の宇宙については、ほとんど言いたい放題のような感じもあります。

　宇宙空間の果てについては、そんな状況ですが、時間についてもいろいろ言われています。

　伝統的な解釈では、宇宙が生まれる前には時間は無かったことになります。これに対してホーキング博士は、虚数の時間も取り入れて、時間を複素数にすると、この宇宙が生まれる前にも時間が滑らかに続くという数学解を見つけています。そうしたことから、ホーキング博士は時間については宇宙は途切れなく無限の過去から続いてきたかもしれないと考えています。

　もっと奇妙な宇宙を示す数学解もあります。ただし、この宇宙はそうでは無いと考えられています。数学の不完全性定理で有名なゲーデルが見つけた宇宙の解なんですが、時間が閉じています。つまり、ずっと未来へと時間を進めていくと、ついには過去に戻り、さらに現在につながるという宇宙です。時間がループしています。

　そういう宇宙では、因果関係というものが曖昧になります。原因から結果、その結果を原因とする結果とつなげていくと、最後の結果が最初の原因そのものになります。

　そういう宇宙では、全てのことが変えられないように決まってしまっているのか、矛盾が当たり前に存在していて構わないのか、そういうことについて、いろいろと謎です。

お礼

すいません。
読んでいるとワクワクしたのですが、最後まで読むと自分のした質問の薄さに恥ずかしくなりました。
勉強になりました、ありがとうございます。

回答No.7

foomufoomu

相対論の「光速度を超えられない」というのは、「誰から見たとき」なのかが問題になります。
相対論は、相対速度を問題にしているので、地球に残った人から見れば光速度以上の速さには永久にならないように見えます。
しかし、ロケットに乗っている本人には、相対速度は０なので、どれだけでも加速可能になります。
しかも、ロケットの人から見ると、宇宙は逆向きに高速で移動しているように見えるので、相対論によるちぢみが起きて、予定よりも短い時間で目的地に着くことができます。
http://blog.goo.ne.jp/missing_link1028/e/2b314d58a4d64172905ecaaa94245174

よって、ロケットに乗っている本人から見れば、いくらでも加速可能。うんと加速すれば、どんな遠くでも、宇宙の果てでも、生きているうちに到達可能。

地球の人から見れば、光速以上に加速は不可能。

お礼

なるほど、やっぱり宇宙と地球での考えは違うのですね。

回答No.6

missshitsumon44

1番のどら猫から3番の方へ。
宇宙は膨張しており、一定の距離から先は光速以上で遠ざかっています。
が、全体が均等に膨張しているため、地球から相対的に光速以上になるのであって、その場所そのものが光速以上になるわけではありません。
仮に465億光年先が地球から見て光速と同じ速度になっていたとします。
すると232億光年の座標は地球から見ると光速の半分の膨張スピードという追い風を受けていることになります。
逆に465億光年の座標は光速の半分のスピードで膨張しているに過ぎません。
と、なると仮に宇宙の果てあると仮定した場合、時間さえかければたどり着くことは可能になるのではないでしょうか。
ど素人の便乗質問で申し訳ない。

お礼

少し理解するまで時間がかかりましたが果てまでいける可能性があるならそれもまた浪漫ですね。

回答No.5

雪中庵（@psytex）

相対性理論によれば、運動量は質量に転嫁されるので、
光速に近づくほどに質量は無限大に近づき、どんなに
加速しても速度の変化はなくなっていくのです。
（つまり光速に到達する事はできず、光速で後退している
宇宙の壁には、近づく事すらできません）

お礼

つまり光速になる前に速度の限界で光速すらたどりつけないとのことですかね？

回答No.4

Mokuzo100nenn

＞自殺扱いになるのでやはり無理なのでしょうか？

一人で出来ることではないので、自殺扱いではなく、他殺扱いになります。だから無理なんですよ。

お礼

なるほど、手伝った人が殺人罪等なる可能性があるので無理なんですね。

回答No.3

noname#175206

>そうだとすると、加速をしていくと永遠に加速するのでしょうか？

　その通りです。ただし、素朴なニュートン的なものではなく、相対論的な奇妙なことが起こります。

　地球から、超高性能な宇宙船で旅立つとします。宇宙船が全力で加速しても光速度に近づきはしますが、光速度に近づくにつれ、加速度は小さくなり、永遠に光速度まで増速することはありません。

　一方、宇宙船の中からすれば、進行方向についてどんどん長さが小さくなります。速くなっていくから速くたどり着くということではありません。文字通り、宇宙が縮んでしまうのです。距離自体が縮んで近くなった目的地へ、限りなく光速に近くなりながら、向かっていけることになります。

　そのため、たとえば10年でどんなに遠いところへでも行けます。地球から見て、百光年でも千光年でも1万光年でも1億光年でもです。

>それとも加速をする力の限界までしか加速できないのでしょうか？

　そういうことはありません。しかし（相対速度の）限界はあって、それは光速度です。

>それと、ずっと加速できるとして宇宙の果てや太陽系を見ることは可能でしょうか？

　宇宙の果てがあったとしても、無理でしょうね。宇宙は膨張しています。地球から見ると、地球から遠いところほど、速い速度で膨張しています。その速度が光速度になるところまでは、どんなに高性能な宇宙船でもたどり着けません。光に追いつくのとはちょっと違うんですけれども、それでも理屈は似たようなことです。

お礼

ほーなるほど、光速にたどりつけないため宇宙の果てが光速近い速度で膨張していたら果ては永遠にたどりつけないのですね。もし光速で膨張しているとしたらすごいエネルギーですよね。

回答No.2

tetsumyi

宇宙は無重力ではありません。
宇宙船の中は無重量ですが、これは落ちているエレベータの中と同じです。
スペースシャトルの位置では重力は地上とほとんど変わりません。
地球から出発すると、地球からの引力、太陽からの引力、銀河系からの引力が働いて加速しても減速されます。
加速し続けるためには燃料が必要ですが、積み込むことができる燃料には限界がありますから、永遠に加速を続けることは理論的に不可能です。
力の限界ではなくて燃料の限界です。

加速し続けることができないので地球を出発する時にすごい速度でも減速されて、最も近付いた時の火星に行くには１年近くかかります。
太陽系外に出た人工惑星がありますが太陽系外からの写真は送られてきました。
どう計算しても今わかっている理論では銀河系外に出ることは無理です。
何も無い空間からエネルギーを取り出す方法があるなら可能性はあります。

お礼

そうですよね現実的に無理でしょうが、それは帰ってくることを想定してなので燃料の節約等あるでしょうが帰ってこないのを想定したとしたら銀河系くらいは出れるでしょうかね？