超光速通信

 光よりも速いものは存在しない。したがって遠くの星と連絡をとるにも光と同じ速さの電波通信よりも速い手段はないので大変不便なことになる。
 ところがここに画期的な通信手段があり、どんなに遠くてもかかる時間はゼロであるという。そんなことはありえないからインチキに決まっているが、面白いから話だけ聞いてみよう。

 原理は簡単である。実現するためには膨大な物資、エネルギーが必要なのですぐには実用というわけには行かない。

 やはりインチキくさい。

 これは思考実験だと思って、実際に実現できるかどうかは問わないでほしい。

 まあいいだろう。

 地球から相手の星へ長い棒を渡しかける。

 げっ!

 そして棒を押してトン、ツーとモールス符号を送る。これでおしまい。

 ・・・・・。

 

 確かにこれは実現できない。そんな長いものをどうやって造る、渡す、押したり引いたりする? 双方の距離だって固定しているわけではないし。

 しかし思考実験というのだからこの反論はフェアでない。原理的に反論したい。
 原理が簡単すぎて原理を否定することは難しい気がする。しかしこの場合原理を否定する以外に方法はないだろう。

 もう25年程も前になるが、飲み屋で戯れにこの話をしてみたら理科系の面々が総崩れであった。この原理は原理として正しいのではないかという意見もあった。そんなはずはない。アルコールのせいか、あるいは・・・

 

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薬園さん 棒のこちら側を押してから、反対側が動くまで、実際には時差が生じて、伝達速度は光速以下だと思います。
Co-machiさん 1メートルの棒を10本、1ミリ間隔で並べ、手前の棒を秒速1メートルで押すと最後の棒は僅か約100分の1秒後に動く。同じように長い棒の中の原子の隙間がごく僅かであれば、個々の原子の速度は遅くても棒の先端は比較的早く動く。つまり、光速に近い速さで押せば、物質の動きは光速を越えなくても情報は光速以上で伝わるのではないでしょうか。
名もない通行人さん ダイヤモンドの結晶の棒なら隙間がないので即時に伝わるのでは?それとも原子自体が縮む?
素人さん 原子自体が縮むというのは電子の軌道高度が下がるということですか。それがどういう意味を持つのか素人には手におえませんが、もし縮むのなら超光速通信は不可能で、縮まないのなら可能のような気もします。
もっと素人さん すみません。原子の間に隙間があるということ自体がよく分からないのですが。そこが真空になっているということでしょうか。それとも原子の結合がゆるいということなのでしょうか。
俺さん Co-machiさんの言うのは、列車に機関車がゆっくり連結しても、ガチャンガチャン・・・と最後尾まであっという間に伝わって行くということですね。
問題は
1 物質には縮まない部分があるか。
2 あるとすれば、縮まない部分(貨車)が大部分で、縮む部分(連結器)がわずかという物体が存在するか。
ということでしょう。1、2共に肯定されるなら超光速通信は可能です。
私の予想は、1はOKで2はアウトというものです。
専門家の参戦を期待します。
とおりすがりさん いまさらだと思いますが、結局、ある物質を押して、その「押された」ということが、その隣の物質に伝わるそのことが、光速を超えない、ということですかね? ミクロでみて超光速に情報は伝わらないんだから、マクロでみても、そら超光速はムリ、と。
Co-machiさん とおりすがりさんへ。私の出した例だとミクロで秒速1メートルがマクロで秒速1000メートルです。
じぇべるさん 一番硬い物質でも大きな力が加わると割れたり、曲がったりすると思います。
力が加わっていない状態と、割れるまでの間には、その中間の状態があると思います。
つまり、それが縮んでいる状態ではないかと思います。
アインさん 物質を伝わる音の速さと同じでしょう。
中性子星バリに詰まってる物質だったら?
やっぱり無理ですかね。力は波動としてしか伝わらないでしょうから。
aatwさん 分子・原子の運動情報が伝達する速度は物理学的に光速を越えられない
したがって質量のあるものを長く伸ばしても両端間の情報伝達は光速を超えられない
にゅうさん 押すということが無限波長の音波振動を与えることなら、鋼鉄製の棒を押して1秒後に約4.9キロ先が動く。(その間、縮んでるんだね。)
ダイヤモンド内の音速知ってる方、どうぞ。
中性子星内の音速知ってる方、どうぞ。
nyaoさん 以下の条件で
1.思考実験である。
2.渡す物質は決して伸び縮みしない。
3.地球と相手の星の位置関係は不変である。
とする。
この棒を分速10cmで押すと、同じように相手方に分速10cmで突き出る。
これは、たとえ1mの棒でも1kmの棒でも、上記惑星間の棒でも同様である。
これまでの説明のように、通信速度として光速を超えたのではなく、物質が中間にあることにより、自分と通信先の距離が無くなっている事に他ならない。
最果ての旅人さん タキオンで作られた棒でなければ不可能でしょう。
foxさん nyaoさん>2.渡す物質は決して伸び縮みしない。
剛性∞の物質を押すには∞の力が必要となり、「そもそも押せない」ということになると思います。
NighemareCity大好きさん 押すのはいいが長すぎて確実に折れるだろう
それに棒も一つ一つの原子で出来てるから伝わる速度は光より圧倒的に劣る と思われ
と言うより原子の間には僅かに隙間がある訳だから、そんな長い距離だったら途中で振動が弱くなっていずれは無くなって伝わらない気ガス
yosiさん 硬い棒といっても、分子間で力が伝播する時間差があるので光速を超えることはないです。地震の伝播がいいれいです。
御宗銀砂さん そもそも、棒通信の伝達速度はどれくらいだろうか。
棒を押すと、瞬時に影響が伝わるのだろうか。
だとしたら、棒の長さは関係ない。1ミリの棒でも、棒通信は光速を超える。
実際には、棒を押した影響は、棒の原子間の電磁気力の相互作用で行われる。
つまり、電気の速さ=光の速さ以下でしか伝わらない。
ズタポイさん まぁあれだ。
あちらの方がモールスを理解していないと伝わらないんだから
サンライスさん この原理は棒が完全な剛体ということを(暗黙に)前提にしていると思います。
棒の手前を押すと向こう側が動くのは棒内部の圧縮力の波動が他端に届くからです。
媒体の中で波動速度が一番速いのは真空で、その伝播速度は高速です。
棒のような媒体ではそこまでの速度は出ないでしょう。
何故総崩れ?さん 叩いた衝撃は音速で伝わるはずですね。
でもおそらく棒は途中で「たわむ」ので、信号は届かないかと思いますよ。
ガムさん これは
1、光の速さや距離感をイメージ出来ない
2、私たちの生活で硬く感じる物は長くなっても硬いまま!!
なんていう、錯覚が間違いを引き起こしているようですね。
結論は無理です。イメージとしては・・・そうですねぇ・・・。
手のひらに置いたコンニャクを上から指でギュッっと押すと、瞬時に力を感じますよね、スケールが小さいとすぐに伝わります。
では300メートル離れるとどうでしょうか?
長細いコンニャクを思いっきり突くとか思い切り振って波を作るとか、頑張ってみてください!!
・・・これは、伝わらないかもしれません、伝わったとしても数秒後になりそうですよね。
小さいと瞬時に伝わる物が、スケールが大きくなればなるほど伝わるのに時間がかかるというのは大体こういった想像でイメージ出来るかと思います。
棒モールス信号でも同じ事が言えます、300メートル先の人を棒でツツクいてみましょう。ちょっと力が要りますが、瞬時に伝わりますね。
では少し離れて、30万キロメートル(地球7週半)離れた人をツツク場合だとどうなるでしょうか?
近所の県や国で力が逃げないように頑張って下さい振り回しても構いません、何しろ先端は30万キロ先ですからね。
・・・結果、これは、うまく出来たとしても1秒以上かかってしまうんですね。
普段の生活でカチカチの鉄やダイヤモンドで出来た棒がコンニャクのようにグニャグニャに曲がってしまうのがうまく想像できましたでしょうか?
光のスケールというのは、硬い物質もコンニャクと同列に考えてしまえるほど物凄く大きい!!広い!!って事です!! 光はすごいっ!!
あーぼ君さん 個体における波動の分子、原子間のふるまいにより、光速通信が不可能なのは、
地震等などの諸現象などを例にとっても直観的に不可能なのは明らかです。
なぜなら、厳密には物質を構成している原子と原子の相対的な距離でさえ隙間だらけだからです。
量子力学の世界ではすでに電子の超光速移動は観測されており、将来、超光速通信は実現可能だと確信しています。
古典的なアインシュタインの崩壊寸前の理論がいまだに、教育番組等で放送されてるのは、なげかわしいことです。
若輩者さん ズタポイさんの説得力には負けました。
押してもダメならさん みなさんなんで押すことしか書かないのですか。引くとしたらどうなるんでしょう。同じ事?
別に情報が光より速く伝わったからといって何か不都合があるのでしょうか?
私のシンプルな思考実験では瞬時に伝わる予定です。
たこさん この問題に、棒の長さは関係ないと思います。
なぜなら、星と星の間という大きなスケールでなくても、同じことが言えるからです。星から星の間を「時間0」で伝わるなら、10cmの棒でも「時間0」になるからです。ようするに、星と星を結ぶような長い棒でなくとも、そのへんにある10cmの棒も、「光速を超えている」、ということになるのです。
僕の予想
たぶん無理だと思います。でも理由は分かりません。アインシュタインを過信しすぎかな?
天才さん 皆、言葉に騙されています。
まず、問題の棒を1cm押すと反対も1cm動く。0.1cmなら0.1cm。0.0001mmなら0.0001mm。
この現象は同時且つ瞬間と考えられる。
恐らく問題は、これを叩くと置き換えていると思います。ここまでは、問題ない。
文中の「地球から相手の星」これが問題。
仮に10光年の距離とします。(光の速度で10年進んだ長さ)
「ここに棒を渡し、叩く」→「光速を超えた」が間違い。
速度は「長さ/時間」なので問題は「微小変形/伝達時間」となる。
仮に「叩く」を零に近い微小変形。「伝達時間」を零に近い僅かな時間とすると「0[m]/0[sec]
御坊 哲さん 星から星へ棒をかけるという仕掛けは大げさですが、モールス信号の伝わる速さは棒の長さには関係ありません。単純に棒を伝わる音波の速さということになります。
物質中を伝わる音速は、媒体たる物質の剛性に依存します。
実際にはあり得ませんが、その棒が絶対にたわまないほど硬い、すなわち剛性が無限大の場合にはモールス信号は光速度で伝わることになります。
「理科系の面々が総崩れ」というのを読んで、いくらなんでもそこまではと思ったのですが、あらためて投稿された答えを読んでいると暗澹たる気持ちになりました。
剛体を押したとき、瞬時に反対側に力が伝わると思っている人が多いですが、身体的な感覚はここで議論している内容に比べるととても鈍いものだという認識が必要です。
>foxさん「剛性∞の物質を押すには∞の力が必要」
この場合∞の力は必要ありません、軽く叩くだけでいいのです。剛性が無限なら信号は消えることなく確実に光速度で伝わることになります。
重ねて強調しておきますが、伸び縮みしない完全な剛体であってはじめて光速度で信号が伝わります。現実には光と比べるとはるかに遅い速度で伝わります。
電動さん 物質が振動を伝える速さを考えると光より遅くなるのでは?
お茶さん 棒の構成物質、剛性、重力影響等は無視するとして
現状、一般相対性理論が考えられている世界では超光速で伝達するエネルギーはないとされています。
よって、棒を伝わるエネルギーも光速を超えることはなく、末端を押しても先端へ伝達するのは光速以下となります。
つまり第3者からこの状態を観測すると、末端を押したエネルギーが先端に届くまで棒は縮んだ状態となるように見えるのではないでしょうか。
しかしそうすると末端を光速で押し先端まで到達した場合、第3者視点からは棒が限りなく縮み先端に到達後、先端が光速で伸び始めるというおかしな現象が観測されるのか。
奥深いですね。
超光速粒子タキオンというエネルギーもあるそうですが、情報伝達は不可能とかなんとか。
素人中学生さん 僕は、無理だと思います。なぜなら、そんな非合理的な事、誰もやらないし、やったとしても距離が固定していないと難しいし、固定していたとしても、(ほとんどないけど)振動は、光速度を超えることは、なく媒体の密度に比例するため無理だと思います。
とおりすがりMさん 既出ですが。この議論は、原理的にこの棒が剛体であることを仮定している。
しかし、相対性理論においては剛体の存在は仮定できない。
(私は物理素人なんで、間違っていたらすみません。でも、本当に理数系の面々が総崩れだったのですか?)
素人以前さん タキオンって、超光速粒子だったのですか、タキロんと勘違いしていました。
通りすがりMさん 同じことを繰り返しますが、ニュートン力学では充分硬い物体で変形が無視できる理想状態として「剛体」という概念を使いました。
長さ10cmの棒でも、剛体ならば長さは変化しないので、片方を押せば「同時に」もう片方も動きます(光速度ではなく、無限大の速度の情報伝達)。従って、原理的にこれで超光速通信が可能です。
従って、原理的に、相対性理論では、光速度以下の情報伝達しかできないとすると、棒は必ず変形しなければならないので、物体の変形を無視することはできなくなります。
つまり、「剛体」が考えられるのはニュートン力学までで、相対性理論では原理的に剛体という概念が棄却されます。
まひまんさん 完全剛体が存在しない事と、アインシュタインの相対性理論が示す光よりも早いモノは無い、という理論は、関係が無いですよね?
なのに完全剛体でないと本現象、つまり光速を超えるかもしれないということを説明出来ないのはどういうことなんでしょう?
物理の面白さですね!
taro^さん これ、ただの糸電話では?
硬くしていけば早くはなるだろうけど、電子や原子で出来てる普通の物質を使ってる限り不可能だと思います。
cuocueさん 光が剛体だと思います。スリットによる干渉縞が生じるかどうかの状態の変化に時間差はありません。量子のテレポーテーションによる情報伝達は可能です。
K.Kさん それは剛体の棒でなければなりません。弾性体なら弾性体の音速でしか力は伝わりませんから、光速未満になります。
剛体であれば、音を伝えることを含めて、決して動かせません。ローレンツ収縮できないためです。
キノコさん モールスを音波で伝えると勘違いしている人は、論外でしょうね。
どんな物質も原子レベルでは隙間がある。
物を押して力が伝わるというのは、押した部分の原子が隣の原子に力を伝え、徐々に力を伝えて、徐々に移動しているのである。
つまり、押した力が移動して伝わっていることにすぎず、結局は波の伝わり方と同じなのだ。
したがって、光の速度を超えることはできない。
(今のところ)隙間のない物質がこの世に存在していない以上、上記のような原理から、提案された方法は不可能である。
サンライスさんやガムさんの考え方と同様です。
noriさん モールスのプロトコルはどう伝えるんだい??(-。-)y-゜゜゜
ころくさん 地球と棒はつながっているので、棒も地球の一部としてみなします。
それであれば棒の先端から相手の星までの距離で光と競争しないといけない(光の出発地点も棒の先端)ので、棒を光速で押したとしても、光より棒は情報を早く届ける事が出来ません。
地球と棒が離れてる(つながっていない)場合も同じで、この場合地球と棒は別の物体になる訳ですから、棒を使うのであれば地球と相手の星までの距離は関係なくなります。
どの場所から光が出発するかが問題です。
うみかぜさん そもそも観測者の観測位置が問題となります。たとえば地球を基準にして30万kmの棒を用意してチョコンと棒でつついて地球から棒の先端の時間を観測しても時間の進み方自体が地球と先端では違うと思われる。観測者が巨大な目を持っていれば(30万kmの幅の目)超高速もありえるかも。
キノコさん そもそも棒を押すことによる変位自体が波と同様の原理で伝わるのだから、全体を観測することができるのならば、その変位が伝わっていくことを客観的に観測できるだけです。
つまり、超高速はありえません。
Facepalmさん 「理科系の面々が総崩れであった。」
どこの理科系だよ…。「音速」のひと単語で説明終わり。光速どころじゃない。
toolさん 「モールス符号」という言い方が何人かの誤解を招いてますね。
おそらくその「棒」は、この宇宙の法則外にある物質だと思われます。したがってこの「棒」に関しては光速の限界が適用されないのでは?
つまりこの原理は「アリ」で。
rootさん 思考実験なのだから、そういう「棒」が存在するところから話が始まるわけだ。棒の片端を1センチ押しこんだら「それと同時に」反対の端が1センチ飛び出る。ならば超光速通信は「有り得る。」
根拠としては、「その棒を形成する物質はこの宇宙の法則上存在しえない」
ゆえに「その物質に対してこの宇宙の法則である『光速の限界』は適用されない」
よって「その物質が関係する限りにおいて」超光速通信は存在しうる!
rootさん 問題の大前提に疑問を持ってしまったので二回目書き込みます。
「情報の伝達速度」って、実は相対性理論とは無関係なんじゃないだろうか?
それに使用される光や電波が速度の限界を持っているだけで、情報自体は超光速で伝播してもこの宇宙のルールに反してはいないのではないか?
もしそうなら「超光速通信は有り得ない」とする理由が消えてなくなってしまうと思うのですが。
キノコさん なるほど、思考実験だから何でもアリという解釈ですか。それなら、ある仮定によって可能となる、と考えますか。
「地球から相手の星へ届けた棒は、超剛性(1原子)であり、一端の変位は瞬時に反対の端に伝わる」
その他の物理法則(重量など)もとりあえず無視とすれば、超光速の原理は正しいと言えるかもしれない。
ただ、上記のように現在常識とされている物理法則をどこまでも無視する前提で、「原理が正しい」と言っていいものか。
それを言ったらワープできるといった仮定もアリをアリにしてしまうようなものだ。
あとは、仮定をどこまで受け入れるかどうかの問題であろう・・・。
zzvsさん 相当古そうだが・・・
そんな物体は存在しないとか原子間の距離が伸び縮みするとか言っている人が多いけど、根本的に勘違いしている
問題はそのような物質があったらどうなるか?という問題なのだから、存在しないとか言う答えは頓珍漢
結論は、棒が伸び縮みしているように「見える」(信号は同時に伝わるが、確認する手段がない)
同じ棒を地球に取り付けて、回転させた場合にどうなるかを考えればわかるはず
Literally facepalmedさん Facepalmさんと全く同じ。「どこの理科系だよ…」を含め、自分が書いたのかと思った。

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