光よりも速いものはあるのだろうか？ -

「光よりも速いものは何もない」と聞いたことはあるだろう。アインシュタインの相対性理論によれば、光が宇宙の速度を定めている。ところが多くの科学概念と同様、物事はそれほど単純ではない。光よりも速いものがないというのは確かに正しいが、そうではない場合もある。

このギャラリーでは、光よりも速く移動できる可能性のあるものに関してさまざまな理論を検証する。まだ証明されていない理論もあるが、多くは理論的には実現可能である。超光速運動が可能かどうか、興味がおありならばクリックしてご覧いただきたい。

© Getty Images

光の速度 -

光はとにかく早い。秒速約30万キロメートルの速さだ。

© Shutterstock

光の速度 -

参考までに、人類がこれまでに到達した最高速は、アポロ10号が軌道上で到達した時のもので、時速約39937.7キロメートルだった。

© Getty Images

光はなぜそれほど速いのか？ -

光は質量を持たない粒子であるため、このような速度を出すことができる。質量を持つ物体をこの速度で動かすには膨大なエネルギーが必要となる。

© Shutterstock

無限のエネルギーが必要 -

さらに、加速するにつれ質量は増大するため、理論的には進み続けるには無限のエネルギー源が必要となる。

© Shutterstock

無限の慣性質量 -

さらに厄介なことに、物体には無限の慣性質量がある。これが、光よりも速く進むことができない理由でもあるのだ。それとも、もしかして可能だろうか？

© Shutterstock

真空 -

アインシュタインの相対性理論によると、光は真空状態では何よりも速く進む。では、光が真空状態ではない場所を進むとどうなるのだろうか？見ていこう。

© Getty Images

水 -

まずは、光が水中を伝わる場合である。インペリアル・カレッジ・ロンドンの理論物理学者、クラウディア・デ・ラムによると、「光が媒体（例えばガラスや水滴）を伝わる場合、光の周波数や色は異なる速度で伝わる」と説明している。

© Shutterstock

水 -

これは虹に見られる現象で「上部に長い赤の波長、下部には短い紫の波長」が観察される。

© Shutterstock

水 -

つまり、光は水中を伝わる際に実は減速する。これは光が真空を進む以外の例で、光の速度は実際に変化し得ることを意味する。では、その逆は起こり得るのだろうか？

© Shutterstock

ガンマ線バースト -

ガンマ線バーストは、光よりも速く伝わるものと考えられている一例である。

© Shutterstock

ガンマ線バースト -

星が崩壊したり衝突したりすると、明るい爆発が起こる。実際、その爆発は宇宙で最も明るい。

© Shutterstock

ガンマ線バースト -

ガンマ線バーストの原因となる爆発は、ガス雲の中では光よりも速く移動できることが分かっている。これは、ガンマ線ジェットバーストが宇宙の真空空間ではなく、塵雲の中に存在しているからこそ可能なのだ。

© Shutterstock

ガンマ線バースト -

例としてビッグバンが挙げられる。ビッグバンが起こったとき、空間は光よりも速く膨張した。

© Shutterstock

量子もつれ -

量子もつれとは、不思議な遠距離恋愛のようなものだ。何光年も離れているにもかかわらず、2つの素粒子が結びついているというのだ。

© Shutterstock

量子もつれ -

この理論によると、粒子の一方に変化が起こると、2つの粒子がどれほど離れていても、もう一方にも影響が及ぶという。ということは、2つの粒子をつなぐ光よりも速く移動する何かがあるのだろうか？

© Shutterstock

量子もつれ -

アインシュタインが「不気味な遠隔作用」と呼んだこの現象は、理解するのは容易ではない。簡単に言えば、このつながりは、光速を超える何かが引き起こすというよりも、むしろランダム性の要素が大きいようだ。

© Shutterstock

ワームホール -

速度によって、私たちはある特定の距離を特定の時間で移動することができる。例えば、時速160キロメートルで160キロメートル移動した場合、移動にかかる時間は1時間である。ワームホールを近道だと考えてみよう。この場合、1時間よりも早く目的地に到着できる。

© Shutterstock

ワームホール -

ただし、注意点がある。実際に誰も宇宙でワームホールを見たことがないということだ。しかし、ワームホールを裏付ける科学は存在する（そして、時空旅行に利用できるという理論さえある）。

© Shutterstock

ワームホール -

2つのブラックホールが宇宙のどこかでつながり、時空を湾曲させるほど大きな質量を作り出せるかもしれない。

© Shutterstock

ワームホール -

簡単に言えば、質量は一方の穴に引き込まれ、もう一方の穴（もう一つのブラックホール）から出てくる。

© Shutterstock

ワームホール -

ワームホールを視覚化するには、リンゴの形に見立てるとよい。質量は上から入り、下から出てくる。この近道は光よりも速いのだろうか？その可能性はあるだろう。ただし、まずワームホールが実在するという証拠が必要だ。

© Shutterstock

アルクビエレ・ドライブ -

アルクビエレ・ワープ・ドライブとは、ほぼ憶測ではあるが、宇宙船が光を超える速度で航行できるというものだ。必要なのは真空空間を航行すること。前方の空間が収縮し後方の空間が膨張すれば、宇宙船は一つのバブル（気泡）のようになって航行できるというもの。

© Shutterstock

アルクビエレ・ドライブ -

この理論は数学的には有効だが、これまでのところNASAの実験では、バブルの生成に関する結論は出ていない。

© Shutterstock

クラスニコフ管 -

クラスニコフ管は、アルクビエレ・ワープ・ドライブに基づいている。クラスニコフ管とは、宇宙船の後方にラップを作り、その中を航行する仕組みである。

© Shutterstock

クラスニコフ管 -

ラップにより宇宙船が目的地へ移動すると同時に「チューブ」を作り、宇宙船はそれを使って逆行できる。

© Shutterstock

クラスニコフ管 -

この管は時間を巻き戻すため、超光速トンネルとして本来なら何千年もかかる旅もわずか数年で終わらせることができることになる。理論上の話ではあるが。

© Shutterstock

量子トンネル現象 -

一部の粒子は障壁を貫通することができる。1932年にこの現象が発見されたが、半導体技術者のトーマス・ハートマンが論文を発表したのは1962年のことだった。

© Shutterstock

量子トンネル現象 -

これは非常に大きな発見であり、何年もの間、科学者らはこの現象の実験を続けてきた。結局のところ、量子トンネルが光の速さを超える移動を可能にするのかもしれない。

出典：(Phys.org) (Livescience) (Sci News) (Space.com) (Scientific American)

© Shutterstock