超光速

質問

光速を超えることができたと仮定した場合、どのような問題が生じますか？

※観測不可能問題の設定及びその演繹回答は、不適当回答(質問の回答ではない)とします。

回答No.9

noname#212313

０．古典以前の解釈（ニュートン力学、あるいはそれ以前）

　何がどこまで速くなれるかは制限がない。移動における所要時間がゼロどころかマイナスになる、つまり過去に戻ることもあり得る（古典電磁気学の先進波等）。

１．古典的な解釈（20世紀前半まで）

　相対論的には、光（ルクソン）以外、つまり普通の物体（タージオン）を光速度まで加速しようとすれば、無限大の運動量、あるいは運動エネルギーを与えなければならない。ゆえに超光速まで加速させる不可能。
　同時に、それは静的空間でのことであり、膨張宇宙など、空間同士の相対速度では問題なく、超光速は問題なく可能。ただし普通に言う速度の定義は満たしておらず、見かけ上の超光速に分類されることもある。
　量子力学の量子もつれ等として知られる超光速現象は、因果関係を発生させないため、超光速であっても問題はない（今のところ、所要時間ゼロ、つまり無限大の速度とされる）。

２．近代的な解釈（20世紀中盤以降）
　相対論の枠組み内で超光速が可能とされる理論展開があり（タキオンと命名され、有名になった）、超光速が理論的にあり得るとされるようになった（ホーキング等の否定する仮説もある）。タキオンの他、空間のショートカット（ワームホールと呼ばれるもの等）も同様に超光速を事実上、実現する。

　これによって発生するのは、過去へ戻ることの問題（過去へ通信を送る＝未来からの通信を傍受することを含む）。僅かでも光速度を超えるものがあれば、複数の慣性系を工夫することにより、過去に戻れることになる。

　単純にいえば、次のような状況が発生するということ。ある離れた2地点を移動するとして、速度が速いほど所要時間が短くて済むのは当然。速度が無限大なら所要時間はゼロ。それよりも速い状況が存在し、それは所要時間がマイナスということ。つまり、別の地点に行くとして、無限大より速い超光速で行けば、目的地に着いたとき、出発したより以前の時間になっている。同じようにして出発地点に踊れば、さらに過去ということになる。

　過去に戻るということは「母親殺しのパラドクス」などで知られる通り、解決不能の問題を起こす。因果律の問題ということ。相対論は因果律を保証しない。どんな物理学も因果律を保証しない。経験則として成り立つと考えて、証明なしに因果律を使っている。しかし、「母親殺しのパラドクス」が実際に生じるような世界であると、物理学は因果律に依存するゆえ、物理学は破たんする場合も出てくる。

　そうならない保証はない。熱力学は実は高確率で成り立つことが証明されたように、物理学全体が単に高確率に成り立つ、あるいは今まで運よく破綻しなかっただけの可能性はある。なぜなら、因果律は証明されていないから。

　ただし、因果律が絶対則でないということは、途方もなく確率は低いと言わざるを得ない面もある。今まで調べたところ、最長では宇宙の寿命の100億年以上であるが、因果律が成立していないようなことは、微かな痕跡すら見つかっておらず、現在の宇宙（観測可能なのはどちらを向いても100億光年以上）を観測する限りにおいて、極めて安定している。因果律の不成立が観測可能な程度の確率で起こるなら、このように安定しているということは、まず考えられない。

　過去へ戻ることについて、人工的な説明をしたが、分かりやすさのためでしかない。人間が意図的に起こせるなら、宇宙全体では当たり前に起こるものとするのが、自然な考え方。宇宙誕生以来、ずっと起こっていたと考えるべき。その形跡がないので、数学を基とする理論からは出るが、実際にはそれが不可能な何かの理由があると考える向きも多い（ホーキングの時間順序保護仮説、さらにペンローズの宇宙検閲官仮説等）。

３．別解（過去に戻って問題ない例）

　この宇宙がローカルでは確率的な世界に見えても、全体では完全な決定論的世界である場合、過去に戻っても何ら差し支えない。過去に戻ることも含めて決定されており、過去に戻って矛盾を引き起こすようなことはできない。そのように決定されている。こうしたことが起こる宇宙は、時間がループ構造になっているゲーデルの宇宙解などがある。

　それとは別に、この世界の過去とそっくりな平行世界があって、それと行き来する場合は問題ない。

　いずれも、現時点ではいろいろな意味で『実在性』はないと考えるのが主流ではある。

４．総括

　調べ得た限りでは、過去へ戻ることを許容する超光速は、限りなく見込みは薄い。しかし、何度も引っくり返すようだが、それでも自然（宇宙）が数学で記述できるようにできている、あるいは人間が論理的に理解できるようにできている保証はない。物理学自体、存在している期間が短く、直接に充分に調べ得た範囲も狭い。時間も空間もローカルな理論体系と考えるべきものである。少なくとも現時点では、だが。

　誠実に、短く、平易に答えるなら、以上のようなものになる。

お礼

論理を順番に並べたならば、

>　相対論的には、光（ルクソン）以外、つまり普通の物体（タージオン）を光速度まで加速しようとすれば、無限大の運動量、あるいは運動エネルギーを与えなければならない。ゆえに超光速まで加速させる不可能。

なぜ無限大の運動量、あるいは運動エネルギーを与えなければならないと言えるのでしょうか？
その物理量の直接的な観測事実があるのですか？

補足

仮定した質問文の内容は、質問の系の中では事実として扱わなければならないのであって、調べてもそんなことを真面目に書いてある文献なんかないでしょ。

質問文を噛み砕いて話せば、「相対性理論が実験によって破綻に追い込まれた場合どういう問題が生じるか」を聞いているようなものです。
「ようなもの」であって同じではない。

だから相対論を出してくる回答は須く否定しているわけです。
過去に戻るというのも実際に実験したものですか？

タキオンも私の質問の超光速とは意味が異なるでしょ。

相対性理論が間違いであるという主張する人が世の中にいる。
ではその反論はできるか？という思考実験的なものです。

これまでの回答者の中で、的確に答えられる人はまだ出てきていません。
もちろん私も「何が正解か」はよくわかりませんが、少なくとも今までの回答は全て反論されてしまうものです。

「限りなく望みが薄い」ではなく実際に超光速となる場合という「仮定している」って何度言ってもわからないのは何でなんですかね？
あなたの回答に限らず、多くの回答がこの質問に於いて「自己言及のパラドックス」になっているということです。

私の設定した原則仮定に、別の論理で導かれた結論を以って反論することは言語道断とは思いませんか？
そもそも仮定が相反するんですから。