なぜ光より速く運動するモノはないのか？

質問

相対性理論に関する読み物を読んでいるのですが、疑問です。

モノの運動に関する理論と理解していますが、なぜ光の速度が重要であり、
また、光より速く運動するモノはないのでしょうか？

回答No.13

htms42

＃６です。
＞ただ、既に光速以上で運動しているモノがあって、我々がまだ観測できないのではという疑問が残ります。

疑問が残るというのであれば、疑問のままにしておけばいいです。
なぜ結果だけをつまみ食い的に知りたいと思うのでしょうか。

観測というのは観測装置と観測されるものとの間に何らかの相互作用が存在しなければ実現できません。また観測をしようとしている側は私達の所属する物質世界です。その物質世界では情報の伝達も運動状態も光の速さを超えることはできないのです。光の速さ以上の速さで運動しているものがあったとします。その情報をどうやって私達の所属する物質世界に伝えることができるのでしょうか。可能だとしても特別な理論と特別な装置が必要なはずですね。
相互作用が光の速さで伝わるということだけでも通常の力学は適用できなくなっているということが明らかです。力学と電磁気学の区別もなくなってくるでしょう。光の速さに近いような速さで運動していると考えられるような物体の運動を考えるためには物理の理論形式の全面的な変更が必要になります。理論形式の変更というのは概念変更を要求します。私たちがものを見るというのは光による情報伝達ですから観測の意味も変わってきます。そういう面での理論が出来上がって、現象との突合せができて、そのあとでやっと光の速さを超えるような存在があるのか、ないのかを問題にすることができる段階になります。
本当にそういうことを知りたいのであれば、その段階から先に行くことをあなた自身が試みてみるよりほかに仕方がありません。

アインシュタインはコイルと磁石の相互作用で電流が生じるというごくありふれた現象を問題にしています。コイルが止まっていて磁石が動く場合、磁石が止まっていてコイルが動いている場合は相対的なはずですね。どちらの場合でも電流が流れます。相対的な速度が同じであれば同じ電流が流れます。これは解釈の問題ではなくて観測される事実です。ところが電磁気学の理論形式としては対称的にはなっていないのです。これはおかしいのではないかという疑問から出発しています。「電磁気学の理論形式をコイルと磁石の運動に対して対称的になるように作り変えるにはどうすればいいのか」という問題意識です。電磁気的な相互作用の伝わる速さが光の速さに等しいということは当時すでに知られていたことです。速さという力学的な概念が電磁気学の構造の中に含まれていることになります。一度にこの問題にとりつくことはできませんので運動の記述の変更から始めたのです。光の速さ（相互作用の伝わる速さ）を中心に据えての理論を構成しようとしたのです。
※コイルと磁石の話はアインシュタインの１９０５年の論文の序文に出てきます。マイケルソン・モーレーの実験については一言も出てきません。この実験について知らないはずはないのですが、それを説明しようというのが直接の動機ではなかったということです。自分の構築しようとしている理論体系がマイケルソン・モーレーの実験の結果に矛盾しなければそれでいいというぐらいのものだっただろうと思っています。この点はマイケルソン・モーレーの実験結果を説明することを直接問題にしたローレンツとは異なります。
（翻訳が岩波文庫から出ています。内山龍雄の解説がついています。ちくま文庫からも出ています。値段は岩波文庫の方が安いです。）
※※光の速さで運動している宇宙船に乗って光の速さで運動している物体を見るとどう見えるかという漫画的な挿絵が載っている本があります。通常の世界での理論とは意味が異なってくるというのは運動だけではありません。見るという観測手段、情報の伝達も修正されるということが抜けています。理論の枠外に客観的な観測者が存在しうるというおかしなイメージを読む人に植え付けるものですから相対性理論の解説本としては失格です。書店には相対性理論を解説している本がたくさん並んでいます。ぱらぱらとみて、宇宙船の絵が出ていればそれは買ってはいけない本です。
※※※「相互作用の伝わる速さが光の速さに等しい」ということであれば通常の物体は光の速さで運動することはできないというのはすぐに出てきます。別にアインシュタインの結果を使わなくてはいけないというものではありません。物体を構成するのは原子とか分子です。原子は原子核と電子でできています。この結びつきはすべて電磁気的な相互作用が原因になっている力です。運動の速さが相互作用の速さに等しくなればなれば電子と原子核の結びつきは維持できなくなるはずだというのは簡単に予測できるはずですね。これは高校レベルです。これだけでも光速で飛んでいる宇宙船に人が乗っているという図がおかしいということはわかるはずです。タイムマシンがどうの、・・・という話もおかしいです。光速で宇宙旅行をしていた人が地球に戻ってきて、・・・と言うのもおかしいですね。単なるたとえ話であって、・・・という言い訳もあるようですが断りもなしにイメージだけでいろいろ書いてもらっては困るのです。

お礼

丁寧なご回答ありがとうございます。

幸い、私の読んでいる本に宇宙船の絵は出てきません。

気をつけながら、改めて段階的に考えようと思います。