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光より速く走る原付バイクがあったとします。 その原付バイクのヘッドライトの光...

ryouga0407さん

2008/2/2800:24:54

光より速く走る原付バイクがあったとします。
その原付バイクのヘッドライトの光はライダーからどのように見えるのでしょうか?
1、やっぱり原付の前をヘッドライトの光は照らしますか?
2、原付の後ろを照らしますか?

3、その他ですか?

補足として
これは私が高校生の頃からの疑問です。
高速より速いという時点で「ありえない」かもしれませんが、もし、そんな原付バイクがあったと仮定してください。
かなり真剣な悩みです!

関係ないけど、僕のブログです。
http://www.ryogarden.com/blog/

補足高速じゃなくて光速でした。

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編集あり2008/3/302:33:30

超光速粒子にタキオンという架空の粒子がありますが、光速を超える物質が存在した場合、その物質の速度には上限値が
無くなるかわりに、下限値(光速度)があたえられます。
よって、バイクは静止することはできず、常に光速以上の速度で走っていることになります。

赤道上に地球を1周できる直線の横断道路があったとして、バイクがそこを走っているとします。

バイクが下限値である光速度で走っているときは、外部の光も通常の光として見えるはずです。
光速度不変の原理によれば、光同士がすれ違っても、相対速度は秒速30万kmを保つと予測されるからです。
したがって、ヘッドライトの光もライダーには見えるでしょう。
(粒子加速器による実験などのように、光子が空気中の粒子と衝突を起こさないと仮定します)

このとき、ライダーにとって周囲の時間は止まって見えるでしょう。周囲の車はもちろんですが、上空の飛行機でさえも
止まって見えるはずです。
(最も、この時点で1秒間に地球を7周半している速さですので、周囲の景色など感知することもできないでしょうが...)

バイクが光速を超えると、光の波長(周波数・振動数)がバイクの速度に追いつかなくなるので、ライダーにはバイクの
進む方向に関係なく、一切の光が見えなくなると思います。
光が見えないということは、ライダーの視界が失われることを意味します。
(このとき、ライダーは時間の矢を飛び越えて、過去の時空へと続く道を走っているでしょう。
まさに“真っ暗闇”のタイムトンネルです)

ライトが原付の後ろを照らすかどうかですが、これも起こらないないように思います。

光速を超えた段階でヘッドライトの光は波としての性質を失い、粒子として振る舞うと予測されるため、光子分解を起こ
すと考えられます。光は激しい光子散乱をして飛び散ってしまうため、バイクの後ろを照らすことはありません。

また、バイクは無限大の速度を持つはずですので、その加速エネルギーによっては光子同士の衝突が起こり、光子が
ハドロンのように振る舞う可能性があります。
光子のハドロン成分に含まれるパートンと他の光子、またはパートン同士が二体散乱すると、ジェット(プラズマ状のガス)
ができるかもしれません。

ハドロンのうちのいくつかは、強い相互作用で崩壊を起こし、非常に短い寿命(10^-20秒以下)で消えてしまうでしょう。

光速を超える物質が発生させる光は、バイクの放った光源とは分けて考えるべきでしょう。
チェレンコフ放射光は、荷電粒子が発生させる光ですので、バイクが超光速で走っているときに、アルファ線やベータ線
などの電荷を帯びた粒子が生まれる根拠を示す必要があります。
空間に電荷が発生する根拠がなければ、チェレンコフ放射光は発生しません。

ヘッドライトが放つ光は、未来光円錐状に広がりますが、光の速度は一定のため、バイクが光速を超えても、光が崩壊
(光子散乱)を起こさないと考えれば、空気の摩擦によって速度が光速以下となる空気中で、過去光円錐状に光が放たれ
る可能性はあります。しかし、超光速から光速以下までに光が減速するまでの間、光がどのように波の性質を保てるのか
を理論的に示す必要があります。

チェレンコフ放射を起こすには、光子散乱されずに残った光子が、荷電粒子として振る舞い*、光を放つために必要な
分極を起こす原子が周囲に存在しなければなりません。仮に荷電粒子ができたとしても、空気中の光速度は水中での
光速度(約22.6万km/s)よりも遥かに速いため、発光させるには十分な相対速度(ローレンツ力)が必要になります。
*光子は質量や電荷が0のボース粒子で、電子から生成されることはありますが、光子から荷電粒子がつくられることは、
通常考えられません。

空気中の光速度(平均27万km/s)より速い速度でバイクが走ることができれば、荷電粒子が発光することはチェレン
コフ放射から予測できますが、バイクの後ろを照らすためには、何らかの方法で荷電粒子がつくられ、分極を起こす原子
が空気中に存在する必要があります。

--
光(赤外線、可視光線、紫外線)、X線・γ線はすべて電磁波の一種で、粒子と波の両方の性質を持ちます。
光子のエネルギー(E)と波長(λ)は次の関係式で結び付けられます。
E=hν=hc/λ (h:プランク定数、ν:光の振動数、c:光の速度)
このように光のエネルギーは振動数に比例し、波長とは反比例の関係にあります。
--
http://www.kek.jp/hyouka/TRISTANreport/3_4_2.html
http://www.kek.jp/hyouka/TRISTANreport/3_4_3.html

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編集あり2008/3/122:37:43

真空中ではあり得ませんが、屈折率をもつ媒質の中では光は減速しますので、それより早く進む粒子が存在し得ます。
で、それらの粒子が何を起こすかと言いますと、空気中で音速を超えると衝撃波が発生するように光を発生させます。

ちなみにこの光のことをチェレンコフ光といい、この原理を用いて水の中で光より早く進むニュートリノ(正確にはニュートリノとの衝突によって生じた電子)のチェレンコフ光を観測し、ニュートリノを検出したのが、ノーベル賞で一躍有名になったカミオカンデです。

原付も特定の媒質中で光速以上を実現すればチェレンコフ光が支配的になり自身の後ろからコーン(三角錐)のように光が広がっていくという感じになると思います。

真に光速以上ではないので、あまり回答になってないかもしれませんが参考になれば。

ikky_venusさん

編集あり2008/2/2819:00:33

ありえないので、空気の存在など無視する。

「1、やっぱり原付の前をヘッドライトの光は照らす」です。


分かりやすく、
そのバイクBの前方30万キロをバイクAが、そのバイクBの後方30万キロをバイクCが同じ光速超で走っていたとする。

どのバイクのヘッドライト、テールライトの光も、30万キロ離れたそれぞれの隣バイクに1秒で着く。
(照らされたことの、元バイクから反射光で確認には更に1秒かかる。)



それは身近なことで、
松坂の150キロの球に、スピードガンを150キロの速さで投げたら、その電波はその間隔を秒速30万キロで縮めながら進む。
(間隔が30万キロなら、電波は1秒で着く。)


「相対光速不変」も、「光速を超えられない」も、アインシュタイン相対論はナンセンス。

2008/2/2803:14:57

1、やっぱり原付の前をヘッドライトの光は照らしますか?

ライダーからは光が前方に向かって飛んでいくのが見えるかもしれませんが、
光が前方の障害物などに当たって反射してくる前に原付が障害物に到達してしまうのでは?
光が障害物に当たった様子が観測できるのは原付がその場所を通過した後?
前方の様子を知るには役に立ちそうもないですね。

2、原付の後ろを照らしますか?

後方を照らすとは思いますが、原付が光より速いのですから、原付に追いつく光はありません。
ライダーが振り返っても後方には真っ暗闇しか見えないと思います。

scull4999さん

2008/2/2801:57:22

このバイクのライダーから見た場合、普通通りに前を照らすんですが、回りの物が「反射してくる光より速く通り過ぎる」ので、見た目だけは「後ろに下がっているようにしか見えない」でしょうね。遠くで反射した光の方が、近くで反射した光より後にライダーに届くので。反射した時は先なのに、目に届くのは後になるんです。

これの論拠になるのは「どんな観測者からも光速は一定にしか観測できない」と言う光速度不変の法則です。

godzillacunさん

編集あり2008/2/2801:48:03

ありえないので…なんともいえないですけど…

光には「光速不変の原理」といものがあります。
つまり、走っている人が見ようが、止まっている人が見ようが、誰から観測しても、光速は変わらないというのです(屈折率が同じ空間においての話ですが)。
たとえば光の90パーセントの速さで光と同じ向き動いている人が光を見ても、止まっているひとがその状況を外部から見ている場合と同じ速さに見えます。
このことがあなたの言う場合にも適用できるのであれば(なにしろありえないので適用できるか否か以前の問題なのです)ライダーから普通に前を照らすように見えるはずです。

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