astronomy-3066061_640_e

 「あらゆるものは、光より早く動くことはできない」とは、アルバート・アインシュタインは相対性理論でそう説明している。

 では星間宇宙旅行が不可能ということなのか?

 実は逆である。相対性理論は星間旅行の実現を手助けしてくれるのだ。少なくとも人間の寿命の範囲においてはそうだ。

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加速による重力に耐えられない体


 その理由は加速だ。

 人間はかなり脆弱な生き物で、極端な加速に耐えられない。加速によって、人体に長時間1G以上がかかると、さまざまな健康問題が生じる。それが10Gにもなれば、即座に失神し、死亡する。

 どこかへ行くには、まず移動速度まで加速して、それから減速せねばならない。仮に我々が1.5Gしか長時間耐えられないのだとすれば、非相対論的ニュートン学派の世界においては大問題となる。

 目的地に行くまで我々の寿命が保たないのだ。これを克服するにはさらに加速するしかない。したがってロボットなど、人体のようなデリケートな水袋よりも頑丈なものを送らねばならない。


相対性理論がその手助けをしてくれる


 ところが相対性理論がその手助けをしてくれる。

 光速に近づけば、宇宙船で流れる時間は遅くなり、ニュートン学派的宇宙のそれよりも(宇宙船の中では)ずっと早く目的地に到達できるようになる(宇宙船の乗員の視点からは、距離が縮まって感じられる。その効果は同じで、ずっと早く到着する)。

 以下は、先ほどの人体が1.5Gまでの加速なら耐えらえるという仮定に基づいて作成した表だ。道筋の半分をその割合で加速し、残り半分をその割合で減速した場合に目的地に到着するまでの年月を示してある。

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image credit:quora

目的地が遠いほど大きな恩恵がもたらされる


 目的地が50光年離れた場所になると、相対性が大きな恩恵をもたらすことが分かるだろう。さらに1000光年を超えると、我々が生きている間に目的地に到着できるのは相対性があってこそのことである。

 この表にはないが、さらに遠い距離まで考察するなら、相対性の効果のおかげで、実に目で見ることのできる宇宙の隅々(約470億光年)まで生きているうちに(約28年)たどり着くことができる。

 つまり相対性を利用すれば、我々はどこでも好きな場所に行けそうだということだ。

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だが実現するには2つの問題が


 だがしかし、そうは問屋が卸さない。2つ問題がある。

 まず、相対性の効果は旅行者にしか得られない。地球時間ではずっと早く時間が経過している(大雑把に言うと、帰還までの地球時間の年数は、表内の光年数を2倍して、0.25を加える)。つまり彼らが地球に帰還すると数千年が経過していることになる。

 したがって、たとえ調査隊を派遣したとしても、地球に残る者たちがその成果を知ることは決してない。が、宇宙旅行のついでに、時間旅行までしたいという人なら構わないのかもしれない。

 2つ目の問題は、より直接的・実践的な問題だ。相対性の効果を得られるまで加速するには、文字通り天文学的なエネルギーを要する。仮にかに星雲へ向かうとすれば、宇宙船1キログラムあたり7×10^20ジュールの運動エネルギーが必要になる。
 
 膨大なエネルギー量ではあるが、手にすることは可能だ。太陽の出力は3 × 10^26ワットである。したがって理論上は宇宙船を必要な速度まで加速させるには、太陽エネルギー数秒分で事足りる。

 なお、ここではこうしたエネルギーを質量を増大させることなく宇宙船の加速力に転換できると仮定している(例えば、レーザーの利用など)。

 もし宇宙船に化学燃料あるいは物質/反物質燃料を搭載し、それもまた加速させねばならないのだとすれば、”ロケット公式の暴君”に直面して、お手上げとなる。燃料を搭載するために、さらに何桁も多くの燃料が必要になるからだ。

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 だが、これらは楽しい技術的課題だろう。光速まで加速できさえすれば、星間旅行を試みる我々を相対性が助けてくれる。直感には反するが、本当のことだ。

References:quora/ translated by hiroching / edited by parumo
追記(2018/2/1): 本文の一部を修正して再送します
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 09:17
  • ID:TJ.GTAw70 #

実際は、宇宙船さえ通り抜ける粒子に光速で大量に貫通されて、生命の危機になるでしょうけどね。
何らかのバリヤーを宇宙船の全面(前面)に展開しない限り。

2

2. 匿名工作員

  • 2018年02月01日 09:37
  • ID:GzDoNRVJ0 #

ワームホールごにょごにょ

でも、それを通り抜けるのにも生身だと無理そうだから、とにもかくにも強靱な肉体を手に入れろと。

腹筋するか。

3

3.

  • 2018年02月01日 09:39
  • ID:m.7JUQR30 #
4

4. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 09:41
  • ID:r4sN6EU10 #

やはりワープドライヴ航法が
実現されないとダメか・・・・・・

でもよくSFとかで出る
反重力エンジンとか作れないのかな?
遠心重力を上に集中させるとかして・・・
無理か?

5

5. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 09:47
  • ID:u6bZLcjW0 #

継続的1.5G加速して亜光速まで行く方法まずないだけどね

6

6. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 09:50
  • ID:hbj5VmNg0 #

その高速で、宇宙のチリにでもぶつかったら・・・
そいいう問題もあるのではないか。

7

7. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 09:58
  • ID:eO.SEE0X0 #

もう面倒くさいから、地球を光速まで加速して、時間が経たないようにちゃおう!
そうすれば、全宇宙は太陽系くらいの大きさに感じられるぜぃ!!

8

8. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 10:01
  • ID:CpGYLcvP0 #

アルクビエレドライブの実現はよw

9

9. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 10:10
  • ID:4rFMGvV50 #

>7×1020
>3 × 1026
原文をそのままコピペしたんだろうけど10^20、10^26だよね?

10

10. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 10:11
  • ID:gPNJskwY0 #

まだ相対性理論なんて妄想が事実としてまかり通ってるんだな

11

11. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 10:27
  • ID:tHFJ3Ks.0 #

※1
肉体も通り抜けていくだけだからヘーキ

12

12. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 10:29
  • ID:CpGYLcvP0 #

※10
相対性理論は妄想じゃないよw
GPS衛星の時計補正に相対性理論は使われているしw

13

13. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 10:41
  • ID:ujSR0Z2L0 #

※4
まず重力そのものが明確な測定できてないのに、反重力を発生させるというのは無理筋

※10
まだ相対性理論が金科玉条の如く盲信されてる教条だと思い込んでる人が居るんだな
発表されてから今日まで、何千何万何十万という学者が何十万何百万何千万という間違ってる仮定の下での検証実験を行って、それでもまだ間違いを見つけられていない事を知らないんだろうかねぇ

14

14. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 10:54
  • ID:XK59G9xK0 #

トップをねらえとかインターステラーとかの時間パラドックスすっげえ好き

15

15. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 10:56
  • ID:vsLz0xPk0 #

こんなこともあろうかと、

16

16. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 11:10
  • ID:2ftlTxJ.0 #

アインシュタインの相対論は皆を光速以下に呪縛するのに一役買った側面がありますね。
その外側には巨大な世界があり様々な者が住んでいるのでしょうけど。

17

17. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 11:13
  • ID:R1wZ.y4z0 #

キラッ☆

18

18. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 12:16
  • ID:f5H.ovVO0 #

外周部が光速で回転するコマの説明だれかよろしく

19

19. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 12:27
  • ID:u7ROkcWU0 #

やっぱり速度を追求するんじゃなくてワープ航法でしょう
理論的に不可能ならいくら頑張っても無理だけど、理論的には可能という人もいるんだし、
もし可能なら科学技術が飛躍的に進歩してるであろう遠い未来にはどんな遠くの宇宙にも瞬時に移動可能になってるかもしれない

ワープが可能なら距離や速度の壁を打ち破れるからね

20

20. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 13:00
  • ID:ET0u13LX0 #

UFOがいたとしたらどうやって地球まで来るんだろうなw
宇宙生物学の人は宇宙人が地球に来るとしたら今の所考えられるのは自ら進化し続けるAIロボットが宇宙人とか言ってたけど

21

21. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 13:06
  • ID:02hUUwnK0 #

※16
まあ現時点で突破口も見つけられず不可能なら地球人には到底無理な話なのかもなあ
お外から超技術を持ってくる方を待つしか無いのかも

22

22. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 13:47
  • ID:087t1Dq50 #

なるほど、この問題は天才に任せるとしよう

23

23. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 14:24
  • ID:eazgHW7b0 #

※11
磁気圏と大気圏に守られている地球と違って宇宙空間では遮る物が宇宙船のシールド以外に何も無いから宇宙背景放射や様々な恒星からの放射線で被爆しまくりなんだよ
放射線は生体細胞の細胞核に特に良く反応するという困った性質があるから何十年も被爆し続けていれば確実にやられてしまう
アポロ計画でも宇宙飛行士が「目を閉じても光が弾けていた」というような証言してるくらいに宇宙空間はヤバいから

24

24. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 14:34
  • ID:dU1ui6u70 #

未だに相対性理論が理解できないYO!!
なぜ光速に近づくと時間が短くなるんだYO‼︎
距離が短く早く感じられても肉体は普通の時間通り老けてくんじゃないのかYO‼︎
理系脳に生まれたかった…理解できれば本当に楽しいんだろうなあ……
算数からやり直してくる……

25

25. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 14:49
  • ID:.FueI.pV0 #

昔中1位の頃ブルーパッグで相対性理論とか量子論とか不確定性原理とかラプラスの悪魔とか大量に読んでSFも大量に読んだので何となく言わんとしていることは分かるが、部分的には相対性理論に?を投げかける理論も出来てきているんだけど、全体的にはこの理論の先が生まれていない気がする。
ホーキング博士もアインシュタインは越えられなかったのかな?
次の天才の出現まで自分は生きていられるか少し心配になった。
(今は機械の発達で過去の理論の検証をしている段階なのかな?)

26

26. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 14:57
  • ID:CpGYLcvP0 #

※20
フォン・ノイマン・マシンですなw

27

27.

  • 2018年02月01日 16:23
  • ID:j0R3pg680 #
28

28. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 16:29
  • ID:rpG2g2ff0 #

浦島太郎さんだね♬

29

29. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 17:13
  • ID:vW0LHNl90 #

一キロの物体を光速近くまで持ってくだけでそんなエネルギーいるのか。やっぱスターボウ計画は理にかなってるね。

30

30. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 17:17
  • ID:0gYocIk.0 #

今の人類の知恵で考えてるからだろ
所詮分かってる所までしか分かってねーんだし

31

31. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 17:18
  • ID:vW0LHNl90 #

光速の99.9パーセントなら100光年先まで中の人は0.39年で着ける。もちろん地球じゃ100年経ってるが。

32

32. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 17:29
  • ID:wskK2hSO0 #

この手の話は全く理解ぢぇきません。嫌いじゃないから余計に悲しい(TT)
何で速度は相対性なのに、光速に近づくとか超えられないとか、、、そんな事さえ解らない。

33

33. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 17:54
  • ID:da7laJXl0 #

やはりパワーユニットの開発を待つしかないのか…
【果てなき旅路を読み返しながら】

34

34. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 19:12
  • ID:WT4itUPl0 #

※12
妄想というか欠点だらけだよ。現実に量子を光速より早く移動させることに実験成功してるから、世界には光より早く移動することが可能なモノが存在するのだと証明されている。
また相対性理論では核エネルギーは中心に行く程熱を持ち熱いとされているが、核分裂してるとされている太陽は中心に行く程温度が低くなり一番外側が熱いことが分かり、相対性理論でこの矛盾を証明出来ない。

35

35. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 19:26
  • ID:uCJBpXek0 #

>人間はかなり脆弱な生き物で、極端な加速に耐えられない。加速によって、人体に長時間1G以上がかかると、さまざまな健康問題が生じる。それが10Gにもなれば、即座に失神し、死亡する
.
ヤムチャしやがって…

36

36. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 20:32
  • ID:YsO5P19I0 #

実際に光速度に近づくと、微細な粒子が宇宙船に衝突するだけで、エライ損傷になったりしないのかな?
宇宙空間はかなりスカスカなんだろうけど

37

37. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 20:47
  • ID:GzDoNRVJ0 #

※34
量子テレポーテーションのことをいっているの?
あるいは、タキオンを発見しちゃった?

太陽の表面温度は 5,772 K
中心温度は 15,700,000 K
ちなみに太陽の表面よりもコロナの方が温度が高いって言うのはあるけどね。

別の世界に生きている人かな?

38

38. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 21:34
  • ID:UqvYKBeg0 #

※34
位相速度と前面速度の区別がついてないのは恥ずかしいよ?
位相速度と同じく群速度も容易に光速を超えられるけど、何をどうしたって情報が光速を超えることは無い。
量子力学でいうEPRパラドックスも「量子複製不可能定理」や「通信不可能定理」として、とっくに論破されてます。
見せかけ上は超光速に見える物理現象はいくらでもあるけど、それらが実際に光の前面速度を超えて情報を伝達することは絶対に、絶対に、絶対にない。
いかなる場合においても、物理現象と同時に励起された光が最初に情報を伝達する。

数年前にニュートリノが光速を超えてるかも?という報告が世間を騒がせた(あっさり否定された)けど、量子力学の世界で本当に超光速の現象が起きたら世界中ひっくり返るっつーんですwそこら辺のおばちゃんでも一発で凄い事が分かるんだから、大々的に発表して注目されて研究費用引っ張り出すでしょw
そんな事が起きてない以上、超光速物理現象は起きてませんw

39

39. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 22:14
  • ID:9xu77NzK0 #

クルズチェイサーブラスティー思い出したうろ覚えだけど
超光速機関のはずが亜光速しか出なくて
どこの星の生物も光速を超えられない
主人公と異星人の会話で
「他の星に行けない・・・?」
「行けるよ」

40

40. 匿名処理班

  • 2018年02月01日 23:55
  • ID:4aVCUIke0 #

私たちがいる次元単体だけでどうにかしようとするとどうしても位置エネルギーの影響が大きすぎて、実現は難しい。しかしなから現在ではよく知られているように世界を構築する次元は複数あって、それは並べると元素周期表のようになる。つまり、隣り合った高次元低次元ではないが、今いる次元と性質が似た高次元というものが存在する。結晶学からみた4次元体の3次元体への投影の現象を発展延長させ、近い性質の次元を経由することで位置にとらわれずに人間が安全に移動することは可能なのだっ!って今勝手に想像してみただけだからウソだけど。

41

41. 匿名処理班

  • 2018年02月02日 01:21
  • ID:QNQsefCp0 #

そんな宇宙船が実現してるころには人類は肉体を捨てて意識を電子化してるとは思う

42

42. 匿名処理班

  • 2018年02月02日 02:00
  • ID:a1R4Xybg0 #

※40
そういうとんでもない発想ってのはすごく大事だと思うよ。
物理法則に囚われない何らかの移動手段があるはずだと、ファンタジー好きの俺は信じてる。
「ある」ってこと自体、物理法則に囚われてるだろってツッコミは大いに認める。
言葉遊びするつもりは無いけど、存在ってのは否定した時点で存在してるんだよ。

43

43. 匿名処理班

  • 2018年02月02日 02:09
  • ID:DGdonj4w0 #

※34
量子テレポーテーションのことを念頭にしてるのだろうけど、アレは「後から考えると光速を越えてるっぽくみえるよね」ってだけで、実際のところ光速を超えて伝わるものは何も無いからね。

44

44. 匿名処理班

  • 2018年02月02日 02:39
  • ID:OpTQP1030 #

※37
コロナが100万度、地表は6000度、地表の黒点4000度で内側の方が温度低いし、中心から同じ距離の表面と黒点で2000度の差があるのを証明できないんじゃ。
それとその中心温度に関しては人類に温度計測が出来てないただの予想にすぎない。

※38
予算なら国から補助金でてますやん。なろう系小説や漫画じゃ無いんだから大々的に発表とかしないでしょ・・・そういう飛び抜けた技術は一部だけ公開して残りは自分たちの利益にするでしょ。
どの国も自国の技術は自国のものであって、他国には型落ちした技術しか提供してないし、国によっては技術提供拒否してるし。

45

45. 匿名処理班

  • 2018年02月02日 03:58
  • ID:DG2Lmzk30 #

せめて情報だけでも光速を超えられたらなぁ
別の銀河系に旅立った探査機から数年で写真が届くのに。

それが不可能ならあるいは、我々が永遠の意識の連続性を持つ人工知能にアップデートして、
アーカイブされたあらゆる過去地点にロールバック可能な新たな意識を持つ生命体に進化すべきなのかもしれない。数万年後に届いた別銀河の情報も、昨日見た月の満ち欠けも等価に考えられるような・・・

46

46. ∞

  • 2018年02月02日 06:36
  • ID:WIG8kC.70 #

瞑想せよ、時空を超えて。

47

47.

  • 2018年02月02日 07:38
  • ID:w.OpWrr50 #
48

48. 匿名処理班

  • 2018年02月02日 09:00
  • ID:ZBAME8hF0 #

※44
科学者バカにするのも大概にしましょうね……
超光速という現象が発見されたら、物理学そのものに対して多大な進歩と貢献を約束するものなんだから、公表しないわけ無いでしょうが
そもそも、超光速という現象が存在するかしないかって言うレベルの話に、超光速(移動)技術とか言う全く別物の話にすり替えてる時点で、詭弁に陥ってることを自覚すべきですね

49

49. 匿名処理班

  • 2018年02月02日 09:59
  • ID:hCov1JV40 #

人が恒星間航行するにはどうしても相対性理論の外側を使う必要がある
つまりワープだよね
人の英知ならそれを可能に出来るんじゃないか?

50

50.

  • 2018年02月02日 12:04
  • ID:leUMljS30 #
51

51. 匿名処理班

  • 2018年02月02日 12:55
  • ID:isn3A6xt0 #

50年間1.5Gの加速・・・戻ってきたころには孫悟空は無理でも
クリリンくらいにはなれる
あとはEMドライブが実用化待ち

52

52. 匿名処理班

  • 2018年02月02日 16:09
  • ID:.iQCPklz0 #

この表ってどういうこと?
1000光年に対してニュートン世界の時間では51年で行けるってよくわからん
光の速さでも1000年かかるんじゃないのか

53

53. 匿名処理班

  • 2018年02月02日 19:21
  • ID:H21ZEX0l0 #

光速で移動している間は中の人は時間がほぼ止まってる
でも地球上では1000年経ってるってこと

54

54. じょん・すみす

  • 2018年02月02日 20:00
  • ID:pq4qxttG0 #

※52
光の速度に近づけば近づくほど、周囲の時間の流れが
遅くなる様に見える(ウラシマ効果、で良いんだよね)。

55

55. 匿名処理班

  • 2018年02月02日 21:16
  • ID:eNdNBMvA0 #

人間の認識能力が、光速以下の環境でしか機能しない以上、その人間の能力に基づいて作られた観測機器が超光速の現象を確認できないのは当たり前。

けどこれは、あくまでも人間の認識能力の問題であり、それが直ちに「超光速はない」ということにはならない。

いつの日か、人間の認識能力が今の限界を超えたときに、新たな世界が開けて、「まだ見ぬ隣人」とのコンタクトが行われるのではないか。と思う。

56

56. 匿名処理班

  • 2018年02月02日 21:32
  • ID:JsPfO4VV0 #

※35
ヤムチャでも10Gは余裕で耐えてるんだよなぁ・・・

57

57. 匿名処理班

  • 2018年02月03日 14:03
  • ID:c59Xt.Ed0 #

今すぐ手に入る高速なエンジンは,核パルスエンジン(核爆発)のみ….

58

58. 匿名処理班

  • 2018年02月06日 09:57
  • ID:OudB5D7d0 #

※55
人間の認識能力?
あまりにも見当違いすぎる。
そもそもの光速度不変とは何なのかを勉強したほうがいいよ。
恥をかくまえに。。。もう遅いか。

59

59.

  • 2018年02月08日 00:40
  • ID:MT.PFD960 #
60

60. 匿名処理班

  • 2018年02月09日 18:40
  • ID:dw3sGSGb0 #

どんな方法で星間移動するにしても、人類の寿命を何とかするのが先だよ
寿命さえなんとかなれば移動の技術は後回しで構わないしね

61

61. 匿名処理班

  • 2018年03月08日 03:00
  • ID:Pk1hkJBc0 #

待って、という事はだよ、私達は地球と一緒に
太陽の周りをかなりの速度で動いているけど、
もし仮に完全に制止した天体に降り立って
十数年過ごしてまた地球に帰ると、
地球の同い年だった人々よりも
少し歳上になって帰ってくる事になるのね?
不思議…・°°・..+°☆

62

62. 匿名処理班

  • 2018年04月16日 02:27
  • ID:KgoNdMBa0 #

レーザー光などを使ったりスターボウ計画のように、マイクロ宇宙船を光速近くまで加速すれば、1000光年くらいまでは簡単にいけそうだな。
その場合、質量が邪魔になるから、

63

63. 匿名処理班

  • 2018年04月16日 02:28
  • ID:KgoNdMBa0 #

受精らんを急速に成長させ記憶を転写するシステムや試験管内タンパク全合成など、質量を減らす方法工夫して旅行することになるな。せい化学がまだ学者のおもちゃだから、あと数百年は待たなきゃな。

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