現在観測をされている恒星と言う物体も、宇宙空間の膨張に伴いそれぞれの方向に進んでいると言うことを聞きました。
進んでいると言うことは、それなりに速度を持っていることだと思います。そしてその速度と言うのは人類が観測しえる、人類が持っている値を基準とした速度だと思います。
1、人類が観測できないくらい遅い物体、（例えば、地球と同じ方向に進行しているが、地球に光が届かないくらい遅い物体）
2、人類が観測できないくらい速い物体
と言うものは存在するのでしょうか。
もし存在するとして、それは同じ空間に存在するものなのでしょうか。
まったくの、初心者にもわかるように説明いただければ幸いです。
No.1
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速度というものは相対的なもので、観測者から見てどれくらい、というものですから、「私」という観測者が観測できないくらい遅い物体、というのはあるかもしれませんが、他の観測者からは速度を観測できるでしょう。
光速（光の速さ）を超える物体は観測できません。ある物体が光速を超える速度で観測者から離れていくと、その物体から出る光が観測者に届かないからです。相対的に光速を超えるのはそう難しいことではなく、ある物体が光速の半分の速度である方向へ進み、観測者がそれ以上の速度で逆の方向へ進めば、その物体は観測者から光速以上の速度で離れていくことになります。この場合は、観測できない物体があることになります。
No.2
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時速１５ｋｍの自転車を時速５０ｋｍのクルマが追い越すとき、自転車から見れば３５ｋｍで走っているように見えます。
雨が地面に垂直に降っていても、電車の窓から見える雨は、斜めに降っているように見えます。
そして「光の速さは、誰がどこから見ても必ず同じ速さに見える」（「光速不変」と言います）ということです。
じっと静止していようが、クルマに乗ろうが、飛行機で飛ぼうが、真っ直ぐ見ようが、斜めに見ようが・・・・・ 観測者が、どんなに動きまわっても、光は同じ速さに見えるということです。
アインシュタインは、従来の物理法則をベースに、この、新しい公理を適用して、数式遊びを始めました。
例えば、静止しているＡさんの前方で、左から右へ猛スピードで駆け抜けていくＢさんは、進行方向に向かって縮んで（やせて）見えます。
体重は目には見えませんけど、Ａさんにとっては、Ｂさんの体重が増加したように見えます。
（「ローレンツ変換」と呼びます）
ありがとうございます。
ローレンツ変換ですか…また新しいことを知りました。
No.3
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Allasheさん
＞相対的に光速を超えるのはそう難しいことではなく、ある物体が光速の半分の速度である方向へ進み、観測者がそれ以上の速度で逆の方向へ進めばその物体は観測者から光速以上の速度で離れていくことになります。
その速度の合成則はガリレイ変換ですので、ローレンツ変換においては間違いでは。仮に両者光速の半分の速度で進むとすれば、観測者の慣性系座標における被観測物体の速度は
{1/2c + 1/2c} / {1 + (1/2c * 1/2c) / c^2}
=4/5c
光速の80%で遠ざかっているように見えるのではないでしょうか。ただし空間が平坦である場合ですが
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hatahata69さん
１．は仰っている意味がよくわかりません。遠過ぎて観測するまで120億年かかる天体
http://spaceinfo.jaxa.jp/note/tentai/j/ten0012_mdquasar_j.ht...
はあるようですが、時間が経てば観測できます。それとあまりにも遠い天体は空間の膨張の影響を受けているようで、地球から見て光速を超えますから観測できないようです。
２．空間が平坦であれば、どの方向と速度で飛んでいようと、光子が飛んでくる時間が経てば観測できます。ただ物体が観測者に向かって飛んでくる場合は、物体が通り過ぎるまで観測できませんので、多少妙な感じを受けるでしょう。
空間が曲がっている場合は一般相対性理論により光子が空間の影響を受けて観測者に到達しない場合がありますので、観測できないこともあります。
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…でよかったような。
ありがとうございます。
2.aiaina さんの出してくださったローレンツ変換を少し読みかじらなければいけなくなってきました。でも面白いです。
120億年前は今より宇宙空間の密度が濃かったと理解しました。そのときに出した光が今届いたと言うことは…今頃はどこら辺まで行ってしまったのでしょうか。
No.4
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特殊相対理論では、光の速度は観測者の速度に関わらず常に一定です。光の速度が一定、という事を発見したのが、２０世紀最大の天才の一人であるアインシュタインです。
ぜひ、はてなで簡単な回答を求めないで、アインシュタインが発見した相対性理論について勉強してみて下さい。判りやすく書いた解説書は、たくさんあると思います。１９世紀の物理学者にとって、アインシュタインの理論がいかに強烈なものであったかを、ご自分で実体験するチャンスです。
特殊相対性理論はそれほど難しいものではなく、中学生程度の数学の知識があれば十分に理解できます。
以下、参考にどうぞ。
http://www.amazon.co.jp/gp/product/4315517615/sr=8-1/qid=115...
ご質問に説明抜きで回答だけしますと、
・光の速度は、地球上からも惑星Bからも、他の全ての観測者からも、常に一定です。
・相対速度が光速を超えて接近してくる物体は、相対的に光速で接近してきます。物体は相対的に光速を超えることはできません。
また、接近してくる物体からでる光はやはり光速で接近してきますので、その物体の接近がわかるのはその物体がすれ違って行ったとき、となります。
さらに、その物体から発する光は、その物体を追いかけて観測者に届くことになるため、観測者から見ると、その物体は近づいて来るのではなく、離れていくように見えることでしょう。つまり、その物体とすれ違ったときに観測者は初めてその物体に気が付き、その時にはその物体は光速で自分から離れていき、しかも観測者には、まるでビデオを逆回しするように、その物体は進む方向とは逆向きに進んでいくように観測されることでしょう。
一度、相対性理論について勉強してみます。今まではこの質問は何を読めば答えが出るのかわかりませんでした。
また、私が質問したかった事、書き方が悪かったです。
「物体Bは地球から見て光速で遠ざかっています。そのBから光速で物体CがBの進行方向に向けて出た場合Cは地球から観測可能なのでしょうか」と言うように書けばよかったと思います。地球、B、Cが直線上にあればCは地球から見てBの陰に隠れて見えない…だから観測ができないと言う答えが出そうなのですが…Cが発する光はどうなるのかななんて思っていました。
とりあえずここで打ち切ります。
数学は大の苦手だったのですが、今一度挑戦してみようと思います。また勉強しなおしてから新たな質問を出してみたいと思います。皆さんありがとうございました。
Allashe
2006/08/21 06:28:39
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ありがとうございます。地球から離れていく光速以上の物体は観測できないと言うことなのですね。最初、紹介のリンク先を見ないでこのコメントを書いてしまったのですが、リンク先を見てなるほどと思いました。ただ、わからないのは光の速度が「一定」と言うことです。
地球上で言っている「光速」と、惑星「B」（地球から見て光速で離れていく）で言う「光速」と言う物は同じ速度と言うことなのでしょうか、それとも地球で言うと「B」の光速は測定不能の「超光速」となるのでしょうか。
理論から言うと地球に光速以上の速さで接近してくる物体はありえないと言うことなのですね。ここで「もし」を言ったらだめなのでしょうか、「もし」地球に光速以上の速さで接近してくる物体があるとしたら、地球上からは観測できるのでしょうか。