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zoom RSS 光速に近づくと宇宙船内での時間はゆっくり進む。では地球上の4年でどのぐらい年をとるの?

<<   作成日時 : 2013/10/25 07:21   >>

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★科学★
問題:よくSFに登場する時間の問題です。「光速に近い速度で進む宇宙船の中では時間の進み方が遅くなる」という話を聞かれたことがあるかもしれません。とても不思議です。誰も実験したことがないのにみんなが信じているのもちょっと不思議です。
■第一、「光速に近い速度で進む宇宙船」なんて、100年先、ひょっとすると1000年先でも作れない代物ではあります。現在の惑星探査機は、40km/秒ぐらいで地球を出発したりするらしい。これは、光速の40/30万ぐらいですから、光速の0.013%ぐらいでしょうか。
■ちなみに、太陽の周囲を地球が公転する速度は30km/秒ぐらいだそうです。また、太陽系自体も所属する天の川銀河とともに回転しているそうですが、こちらの速度は240km/秒ぐらい。これでも光速の0.1%には届きません。
■実現性はしばらく置くとして、頭の体操として考えてみましょう。ケンタウルス座アルファ星Bという星までの宇宙旅行をくわだてたとします。この星は、約4光年ほど地球から離れています。宇宙船が光速の80%で進むとすると、地球で1秒経ったときには宇宙船内では0.6秒しか経過しないそうです。地球から見て、宇宙船がアルファ星Bに到着するのは5年後ですね。4(光年)÷0.8(光年/年)ですから。でも宇宙船の中では3年しか経過していないそうです。5年×0.6ですから。うん、不思議だな。こういうのも時差の一種なのかな。
■もっと極端な例を挙げてみましょう。アルファ星Bを出発して光速の99.999999%の宇宙船で帰ってくるとします。この場合、宇宙船内の時間の進み方は地球から見て約0.00014倍になるそうです。地球で眺めていると、宇宙船は約4年後に帰って来ます。ほぼ光速ですから。でも宇宙船内の時間では、約0.00056年後だそうです。4(光年)×0.00014ですから。これは約5時間だそうです。
■ではここで問題です。宇宙船内の人は、帰りの宇宙旅行でどのぐらい年をとるのでしょうか? 次のうちから、正しい説を選んで下さい。
[い]約4年。時計の進み方は遅くなっても体内時計は変わらないので、地球の人と同じだけ年をとる
[ろ]約2年。地球の人の半分、正しくは1/2乗だけ年をとる
[は]約5時間。宇宙船内の時計どおりに年をとるので、地球の人とは大きな時差が生じる
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:[は]約5時間。宇宙船内の時計どおりに年をとるので、地球の人とは時差が生じる
説明:どうも素人には信じがたい話なのですが、科学雑誌には次のように記されています*1。
「…宇宙船内の時間が遅くなるということは、時計の針の進み方から、宇宙船内の人の動き、さらにはあらゆる分子の動きまで遅くなります。すべてが同じように遅くなるので、宇宙船内だけを見ている限り、ふだんと何もかわらず、時間の遅れは実感できないでしょう。宇宙船の中で10年経てば、中の人はやはり10歳年をとるのです」*1。
■一卵性双生児の1人がほぼ光速の宇宙船に乗って帰ってくると、地球に残っていた片割れにくらべてずいぶん若々しい姿のまま現れるようです。変な話ですね。
■夢のある話もあります。系外惑星を探検しに行くとして、何十万光年という距離のある系外惑星にも、ほんの数ヶ月〜数年の宇宙旅行で到着してしまう可能性もあるようです。もし時間の遅れがまるで生じなければ、何十万光年の距離は、あたりまえですが何十万年以上かけなければ到着しません。
■現在の惑星探査機では、時間の遅れは生じますが微々たるものですので、あの速度では何十万年どころか何億年もかかってしまいます。その間に宇宙船内の人々は死に絶えるでしょう。もし巨大な宇宙船にたくさんの男女の乗組員が搭乗し、船内で世代交代が起こせるのなら、何億年のうちには人間から別の存在へと進化を遂げているかもしれませんけど。
◆参考*1:雑誌「アインシュタインの時間論」Newton (ニュートン)1310月号18〜45頁、担当編集者高嶋秀行、ニュートンプレス
◇*2HP「国立天文台、最新の観測による銀河中心〜太陽系の距離や回転速度を発表 | マイナビニュース」
http://news.mynavi.jp/news/2012/10/03/109/index.html

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コメント(2件)

内 容 ニックネーム/日時
宇宙ヨットは、地球を出発するときは動いているのかわからないほどの低速だそうですが、冥王星を過ぎるころには、ほぼ光速に近いスピードに達しているそうですよ。
太陽からの風の力は凄いものですね。
ちょっと、あのあたりまで行ってみたいですね。
ねこのひげ
2013/10/28 01:08
コメントをありがとうございます。

 なるほど。抵抗の少ない宇宙空間で加速を続けていれば、いつかは光速に近づくということなのでしょうか。でもIKAROSにも質量はあるでしょうから、光速そのものにはなれないのかな。

 光速に近ければ、やがて人間が乗りこみ、宇宙旅行での時間差が生じるのかもしれませんね。
(^^;)
ねこのひげ様<素町人
2013/10/28 11:10

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