物理理科

光速度で移動するどうなるか?理系ライターが分かりやすく解説!

よぉ、桜木建二だ。宇宙で一番速いものと言えば「光」。たった1秒間で地球を7周半もしてしまうほどの「超高速」。そんな超高速であるとは言え、速度の上限は「光速度」と決まっている。この記事では、速度の上限が決まている理由と、仮に光速度で移動できた場合に起きる現象について解説していく。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

R175

ライター/R175

関西のとある国立大の理系出身。学生時代は物理が得意で理科の教員免許も持ち。専門用語を日常生活に関連づけて初心者に分かりやすい解説を強みとする。

1.光速度とは?

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宇宙のとごを探しても光より速いモノはありません。アインシュタインの相対性理論によれば、光の速度である秒速30万キロ(地球7周半)が速度の上限であるとされています。なぜ無限大の速度は実現せず、これが上限なのでしょうか。そして仮に、光速度で移動することが出来たらどんなことが起きるのでしょうか。

光速度が上限である理由パート1

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なぜ上速度に上限があるかとと言うと、最も軽い粒子(光子)に無限大のエネルギーを与えたときにその速度になるからです。粒子にエネルギーを与えればそれが運動エネルギーに変わり速度を持ちます。なるべく軽い粒子になるべく大きなエネルギーを与えると速度は大きくなりますが、どこかに限界があり、無限大の速度は実現し得ないのです。質量が宇宙で最も小さい光子(光の元になる粒子)に無限大のエネルギーを与えた時の速度が上限となり、これが光速度となります。

image by Study-Z編集部

式だけ見ると無限大の速度が実現しそうですが

運動エネルギーの式から速度について解いてみると、根号の中は分子がエネルギーで分母が質量。エネルギーを無限大にすれば速度も無限大に発散するはずですね。しかしそうはなりません。なぜなら後述の通り質量mが変化するからです。光速度に近いレベルの速度になると質量mがだんだん大きくなると考える必要があります。

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