私たちが子供の頃、スーパーマンが「猛スピードで走る弾丸よりも速く」移動できることに驚きました。右腕を伸ばし、後ろでマントを波打たせながら、武器から発射された飛翔体を追いかける彼を想像することさえできました。彼が弾丸の半分の速度で移動した場合、弾丸が彼から遠ざかる速度は半分になります。もし彼が実際に弾丸より速く移動したなら、彼は弾丸を追い越して道を先導するでしょう。行け、スーパーマン！
言い換えれば、スーパーマンの空中行動は、 ニュートンの空間と時間に関する見解に従っていたのです。つまり、空間内の物体の位置と動きはすべて、絶対的な不動の基準系に対して測定可能であるべきであるというものでした 。
1900 年代初頭、科学者たちはニュートンの世界観を堅持しました。その後、アルバート・アインシュタインというドイツ生まれの数学者兼物理学者が登場し、すべてを変えました。 1905 年、アインシュタインは特殊相対性理論を発表しました。この理論では、好ましい基準枠は存在しないという驚くべきアイデアが提唱されました。すべては、時間さえも相対的なものです。
彼の理論を支える 2 つの重要な原則がありました。 1 つ目は、同じ物理法則が、常に移動するすべての基準系に等しく適用されると述べました。 2番目の研究者は、光の速度、つまり毎秒約186,000マイル（毎秒30万キロメートル）は一定であり、観察者の動きや光源とは無関係であると述べた。アインシュタインによると、スーパーマンが光の半分の速度で光線を追いかけた場合、光線はまったく同じ速度で彼から遠ざかり続けるでしょう。
これらの概念は一見単純そうに見えますが、いくつかの心を揺さぶる意味を持っています。最も大きなものの 1 つは、アインシュタインの有名な方程式 E = mc² で表されます。ここで、E はエネルギー、m は質量、c は光の速度です。
この方程式によれば、質量とエネルギーは同じ物理的実体であり、相互に変換することができます。この等価性により、物体の運動によって持つエネルギーにより質量が増加します。言い換えれば、物体が速く動くほど、その質量は大きくなります。これは、オブジェクトが非常に速く移動する場合にのみ顕著になります。たとえば、光の速度の 10% で移動したとしても、その質量は通常よりも 0.5% 増えるだけです。しかし、光の速度の 90% で移動すると、その質量は 2 倍になります 。
物体が光速に近づくと、その質量は急激に増加します。物体が秒速 186,000 マイルで移動しようとすると、その質量は無限になり、物体を動かすのに必要なエネルギーも無限になります。このため、通常の物体は光速以上の速度で移動することはできません。
これで質問の答えは決まりましたが、少し楽しんで質問を少し変えてみましょう。
光の速度とほぼ同じ速度?
元の質問については説明しましたが、「光の速度とほぼ同じ速度で移動したらどうなるでしょうか?」というように調整してみるとどうでしょうか。その場合、いくつかの興味深い効果を経験するでしょう。有名な結果の 1 つは、物理学者が時間膨張と呼ぶもので、これは物体が非常に速く動くと時間がどのように遅く流れるかを説明します。光速の 90% で移動するロケットに乗って飛行した場合、時間の経過は半分になります。あなたの時計は 10 分しか進みませんが、地球上の観測者にとっては 20 分以上経過します
また、視覚的に奇妙な結果が生じることもあります。そのような結果の 1 つは収差と呼ばれ、これは視野全体が宇宙船の前にある小さなトンネル状の「窓」にどのように縮小するかを指します。これは、光子(非常に小さな光の塊) が、たとえあなたの後ろの光子であっても、前方から入ってくるように見えるために起こります。
さらに、目の前の星からの光波が密集して物体が青く見える、極端なドップラー効果に気づくでしょう。あなたの後ろの星からの光の波は広がって赤く見えます。速度が速ければ速いほど、この現象はさらに極端になり、ついには宇宙船の前方の星と後方の星からのすべての可視光が既知の可視スペクトル（人間が見える色）から完全に外れてしまいます。これらの星が知覚できる波長から外れると、単に黒く消えたり、背景に消えて見えたりします。
もちろん、猛スピードの光子よりも速く移動したい場合は、私たちが数十年にわたって使用してきた同じロケット技術以上のものが必要になります。
2021年3月の論文 で、ドイツのゲッティンゲン大学の天体物理学者は、時空を再配置してワープバブルを作成し、その中で宇宙船が光より速い速度で移動できる可能性があるというアイデアを提案した。
