なぜ時間がかかるのか

Jul 02, 2023

タキオンは、常に光速よりも速く移動する仮説上の粒子です。 アインシュタインは、そのような粒子が時間を遡って通信できることを示しました。これにより、宇宙の基本的な規則に関するあらゆる種類の問題が引き起こされます。 物理学者はタキオンが存在し得ないことを証明していませんが、タキオンが存在しないと信じる十分な理由があります。

質量のあるものは光の速度で移動できないという障壁は、単なる工学の限界の表現や想像力の失敗の表現ではありません。 アインシュタインの特殊相対性理論で表現されるように、それはまさに宇宙の法則に組み込まれています。

光の速度を超える速度で旅行を始めたいとします。 休息から始めて、自分自身を少し刺激してください。 あなたには質量があるので、あなたを前進させるためにナッジは多少の慣性を克服する必要がありますが、最終的には前進します。 たとえば、ロケットに点火して、飛び立ちます。

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しかし、一度発射台から降りると、止まらないのです。 プッシュし続けることを可能にする超先進的なエンジンを搭載しており、加速し続けることができます。 光の速度よりもはるかに遅い速度では、すべてが理にかなっています。エンジンを点火する毎秒、同じ量の加速と同じ速度のブーストが得られます。

しかし、光の速度に近づくと、面白いことが起こり始めます。 エンジンに同じ量のエネルギーを投入しても、加速度はますます低下し、その結果、得られる速度は減少します。 エンジンを極限まで働かせているにもかかわらず、光の速度に少しずつ近づいているものの、決して光の速度には到達していないことに気づきます。 ある時点で、光の速度を達成するには、無限のエネルギーをエンジンに投入する必要があることに気づきますが、それはあなたにはありません。

ここでの問題は、E = mc^2 で与えられるように、エネルギーが質量であることです。 速く動くほど、より多くの運動エネルギーが発生します。つまり、速く進むほど、文字通り重くなります。 光の速度に近づくと質量は無限大になるため、光の速度に達するには無限のロケットパワーが必要になります。

しかし、これらの規則は、光速以下で始まる質量を持つ物体に適用されます。 光そのものと同様、質量のない物体は自動的に光速で移動し、減速したり加速したりすることはありません。 1967 年、物理学者のジェラルド・ファインバーグは、数十年前の研究に基づいて、新しいクラスの粒子、つまり「虚質量」を持つ物体を提案しました。 （ここでの「虚数」とは、-1 の平方根を表す数学用語を指します。）彼がタキオンと呼んだこれらの粒子は、光の速度よりも遅く移動することはありません。 実際、彼らは常に光速を超えることを強いられ、私たちが光速まで加速しようとするのと同じくらい、光速まで減速するのに苦労するでしょう。

ファインバーグは超光速粒子を最初に検討したわけではありませんが、超光速粒子の言葉を造語したのは彼でした。 アインシュタインはこのアイデアを検討しましたが、そのような粒子が宇宙の中心的な規則、つまり因果関係に違反していることがわかりました。

因果関係は非常に基本的なものであるため、宇宙の仕組みについて私たちが理解しているすべての基礎となっています。 簡単に言うと、因果関係は、原因は結果の前に来なければならないということです。 電話が鳴る前にテキストメッセージを送らなければならない、チーズを食べる前に口の中に入れなければならない、などなど。

しかし、タキオンは因果関係に違反する可能性があります。 その方法を確認するために、ちょっとした思考実験を行ってみましょう。 あなたが宇宙で壮大な冒険をしている間、私は地球に座っています。 タキオンで信号を送りたいので、タキオン送信機を起動してメッセージを送信します。

私の視点から見ると、タキオンはあなたの方向に光の速度よりも速く私から離れていきます。 ここまでは順調ですね。

あなたが完全に静止していれば、最終的には光がそこに到達するよりも短い時間でタキオンがあなたに到達します。 タキオンが目の前を通過するまでは、タキオンが近づいてくるのを見ることはできませんが、それでも大したことではありません。 もしあなたが私に望遠鏡を向けていたら、私がボタンを押して送信する画像を見る前に、あなたはタキオンを受信するでしょう。 興味深いですが、それでも大きな問題はありません。