光の速度に到達できたら何が見えるでしょうか?世界の色が変わる

なぜ私たちはこの色鮮やかな世界を見ることができるのでしょうか？光があるから。

私たちが物を見ることができる理由は、本質的には光が物体に当たって私たちの目に反射する結果です。たとえば、ブラックホールの事象の地平線内の脱出速度は光速を超えているため、ブラックホールの事象の地平線内にあるものを見ることはできません。ブラックホールの事象の地平線に入った光は、再び外に出ることはできないので、当然、目に見えない世界になります。光は光子で構成されており、光子は基本粒子として客観的に存在する物質です。光は静止質量がないため、宇宙で最も速い速度を持ち、その速度は毎秒 299,792,458 メートルです。静止質量を持つ物体は光速に到達できません。現実世界では光に追いつく方法はありませんが、思考の世界では何も私たちを止めることはできないので、非常に興味深い疑問が生じます。

もし私たちが光と同じ速度で移動できたら、世界はどのように違って見えるでしょうか？

私たちはマクロ的に低速の世界に住んでいます。私たちの常識によれば、光の速さで前進しても、私たちが見る世界はまったく変化しません。光の速さで前進すると、前方からの光がより速く目に入るだけだからです。しかし、光の速度で後方へ移動すると、状況はまったく異なります。正面から来る光は私たちに追いつくことができないので、何も見えません。それは本当ですか？いや、これはもっともらしい話に聞こえるが、それはあくまでマクロな低速環境における常識に基づいて導き出された結論であり、事実はそうではない。移動速度に関しては、常に基準フレームを選択する必要がありますが、光速度の基準フレームは何でしょうか?

サッカーボールを前方に蹴ると、ボールは毎秒5メートルの速度で前方に飛びます。ここでの「秒速 5 メートル」は、明らかにボールを蹴っている私たちを基準としています。

では、光も参照システムとして光源に基づいているのでしょうか?そう思われるかもしれませんが、そうではありません。宇宙には多くの連星系が存在します。これらは、互いの周りを周回する 2 つの明るい星で構成されています。私たちの視点から見ると、互いに周回している 2 つの星のうちの 1 つは常に私たちから遠ざかっており、もう 1 つは私たちに向かって動いています。光の速度が光源を基準系とすると、連星系の2つの星からの光が私たちの目に届く速度は常に変化するため、私たちの視点から見ると、連星系の軌道も常に変形しているはずですが、実際の状況では、これらの軌道は非常に安定しており、変化はありません。

したがって、光は参照システムとして光源に基づいていません。アインシュタインは、光の速度は単一の基準系に相対的なものではないという大胆な仮定を立てました。あらゆる基準システムと比較して、光の速度は毎秒 299792458 メートルであり、一定です。

このことから、たとえ私たちの速度が光速に達したとしても、私たちに対する光の速度は依然として毎秒 299792458 メートルであることがわかります。前進しても後退しても、見えるものはすべて変化せず、高速で後退しているために目の前がすべて暗くなるような状況も発生しません。しかし、もし人間が本当に光の速さで移動できるのであれば、彼らが見る世界は変わらないはずで、少なくとも色は違うはずです。

ほとんどの人が列車の汽笛を聞いたことがあると思いますが、同じ距離であれば、近づいてくる列車の汽笛は音が大きく、遠ざかる列車の汽笛は音が低いことに気づいたことがあるかもしれません。

これはなぜでしょうか?音は音波の形で伝わります。波であるため、波の速度、波長、周波数という 3 つの特性を持ちます。電車が近づいてくると、汽笛から発せられる音波は走行中の電車に圧迫されて波長が短くなりますが、音波の速度は変わらないため、波長が短くなるにつれて周波数が上昇し、耳に入ってくる汽笛の音が変化します。列車が私たちから遠ざかっているときはその逆が当てはまります。これが、列車が近づいているときと遠ざかっているときの汽笛の音が異なって聞こえる根本的な理由です。これはオーストリアの物理学者ドップラーによって発見されたため、ドップラー効果とも呼ばれています。

光は波と粒子の二重の性質を持ちます。つまり、光は波であり粒子でもあります。

光は波なので、当然ドップラー効果に従います。したがって、光速に近い速度で移動すると、光の波長は圧縮されます。異なる波長は異なる光の色を表します。波長が短いほど、光は紫色に近づきます。そのため、目の前の世界は紫色に見えるのです。この現象は「ブルーシフト」とも呼ばれます。逆に、光速に近い速度で後方に移動すると、光の波長は伸びます。波長が長くなるほど光は赤に近づくため、目の前の世界は赤く見えることになります。この現象は「赤方偏移」と呼ばれます。もちろん、これは速度がまだ制御可能な範囲内にあることを意味します。もし私たちの移動速度を無限に上げることができるとしたら、波長が短すぎたり長すぎたりして可視光線の範囲を超えてしまうため、結局私たちは何も見えなくなってしまうかもしれません。

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