光よりも速く移動できない理由は、速度が光速に近づくにつれて質量が増加するためだと言う人もいます。そのため、スタードライブが生成できるエネルギーの量に関係なく、エネルギー量がそれ以上できないポイントに到達します質量が無限に近づいているため、宇宙船を加速します。
この考え方はせいぜい実際に起こっていることの不完全な説明であり、光よりも速く移動できない理由を説明するのに特に効果的な方法ではありません(実際にはできないのに)。ただし、このストーリーは、e = mcの関係に従って、質量がエネルギーに等しい理由についての有用な洞察を提供します2.
まず、ストーリーが完全ではない理由はここにあります。地球に戻った誰かが、あなたが宇宙船の質量が光速に近づくにつれて増加するのを目にするかもしれませんが、パイロットはあなたの質量の変化にまったく気付かないでしょう。宇宙船内では、階段を上ったり、縄跳びをしたりすることができます。乗車用にバスルームスケールのセットがあったとしても、地球に戻ったときと同じ重さになります(船に地球の表面の状態を模倣する最新の人工重力技術)。
地球観測者が感じる変化は 相対論的 質量。ブレーキを踏んで通常の速度に戻すと、すべての相対論的質量がなくなり、地球観測者は同じままで保持しているのを見るでしょう。 適切な あなたが地球を離れる前に宇宙船とあなたが持っていた(または残りの)質量。
地球オブザーバーは、質量と速度の積である運動量エネルギーの観点から状況を考慮する方がより正確です。したがって、スタードライブシステムにより多くのエネルギーを送り込むと、地球上の誰かが実際に運動量の増加を認識します。ただし、それが質量の増加として解釈されます。速度が99%程度に上昇すると、速度はそれほど増加しないようです。光の速度。その後、再び減速すると、質量を失っているように見えるかもしれませんが、運動の運動エネルギーを熱に変換することによって、実際にエネルギーをオフロードしています(宇宙船に最新の相対論的ブレーキングテクノロジーが搭載されていると想定)。
地球ベースの観測者の観点から、光速近くを移動するときに観測される相対論的質量利得は、宇宙船の残りの質量/エネルギーとその運動の運動エネルギーの合計であり、すべてcで除算されることを定式化できます2。それから、(ある程度複雑な数学を回避して)e = mcを導出できます2。これは有用な発見ですが、宇宙船の速度が光速を超えられない理由とはほとんど関係がありません。
相対論的質量の現象は、速度と似ていますが逆の漸近関係に従います。したがって、光速に近づくと、相対論的時間はゼロに近づき(クロックは遅く)、相対論的空間次元はゼロに近づきます(長さは縮まります)。しかし、相対論的質量は無限に向かって大きくなります。
ただし、すでに説明したように、宇宙船では、宇宙船が質量を増すことはありません(また、宇宙船が縮んでいるように見えたり、時計が遅くなったりすることもありません)。したがって、運動量エネルギーの増加を、本当の速度の増加として解釈する必要があります。少なくとも、速度について得た新しい理解に関しては。
パイロットにとって、光速に近づき、ドライブシステムにより多くのエネルギーを送り続けると、目的地により早く到達し続けることがわかります。 より速く動く、ただし、ポイントAからポイントBまでの距離を横断するのにかかる時間はかなり短くなるため、実際には、ポイントAからポイントBまでの距離もかなり短くなります。したがって、速度の時間経過パラメータが変化しないように変化するため、光速を壊すことはありません。
いずれにせよ、相対論的質量を考慮することは、おそらくe = mcの関係を導き出す最良の方法です。2 なぜなら、相対論的質量は運動の運動エネルギーの直接的な結果だからです。爆風のエネルギーの多くは重い原子をまとめる結合エネルギーの解放に由来するため、この関係は(たとえば)核爆発の考慮から容易に外れません。核爆発は、物質からエネルギーへの変換というよりは、エネルギー変換に関するものですが、システムレベルでは、それでも真の質量からエネルギーへの変換を表しています。
同様に、一杯のコーヒーは暑いときはより大容量で、冷めると大規模になると考えるかもしれません。陽子、中性子、電子、そしてコーヒーの点で、物質はこのプロセス全体を通してほとんど保存されています。しかし、しばらくの間、熱エネルギーは実際にはシステムの質量に追加されます。ただし、m = e / cの質量なので2、それは非常に小さな量の質量です。