FTL通信に成功 2/2 ( 物理学 ) - ネットのかけら

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FTL通信に成功 2/2

多分多くの人が気持ち悪い部分は、既に超光速になっている という部分かと思います。

まず、電流の速度自体が光速 なんですよね。

ネット調べてみると、電流の速さ＝電子の移動速度と勘違いされておられる方が多いようですが、これは間違った認識です。

電流の正体は電子の流れ（ただし向きは逆）で問題ないのですが、電流の速さは電子の流れの速さではありません。

実際の例として、ある条件下で計算された方がおられ、それによると、『 LAN 配線でよく使われる「10Base-T」のケーブルを 100 m 引き回して、規格ぎりぎりの 50 mV の差動電圧を加えたとします。導体に加わる電界は、3.7e-5 V/m です。つまり、自由電子の平均移動速度は毎秒 1.6e-7 m にすぎません。時速 0.0006 m ですから、亀でも追い越せます。』とのことです。

このように、亀より遅い電子の移動速度が電流の速さであれば、100 m 引き回した10Base-TをPCに繋ぐとLANを認識するのに何十時間もかかってしうことになり、電子の移動速度≠電流ということは直ぐ分かると思います。

ちなみにLANケーブルの中を移動している情報（例えばインターネットのWEBのデータなど）は、電圧差をシグナルとして情報を伝えています。電流とは関係ありません（笑）。

というわけで、電子の移動速度≠電流の速さというところまでは問題ないかと思われますが、じゃ電流の速さは何？ということになるわけです。

ここから一気に高度になってしまうのですが、電流の速さは電場変化の伝達の速さになります。電場の変化によって、電子が加速されエネルギーが発生し、仕事ができるようになります。また、電場と磁場の相互干渉の伝達速度が電磁波ですから、電場変化の伝達速度が光速であることは必然となり、電場の変化が電流ですから、電流の速度は光速となります。

電場、磁場、電磁波に関しては、電磁波wiki を参照にしていただくと分かりやすいかも。

というわけで、電流の速度は光速ということなんですが、超光速の説明になっていないので、まだ気持ち悪いとおもいます。

で次に、チェレンコフ放射について触れておくと、この現象自体を引き起こす条件として、荷電粒子が光速よりも速い速度で誘電体を通過する なんですね。

だから、ここでも既に光速より速いというのが既知の話になっているわけです（笑）。

もうちょっと詳しく説明すると、光速は、実は一定ではなく、媒質によって変化する特性があります。一般的には、真空中に比べ、空気中では約 3%、水中で約 25%、ガラス中で約 33%、ダイアモンドで約 41% 遅いようです。ただし、このときの光速というのは、群速度ではなく、位相速度になります。

まぁ真空中を進む光がとにかく最速であること（群速度も位相速度も真空中では等しくなります）で、ここでも特殊相対性理論は守られていることになります。

このように、媒質中においては光の速度が落ちるわけですが、こういう状況下において荷電粒子が粒子加速器などによって加速されると、光速よりも早くこの媒質中を進むことが可能となります。そのとき、荷電粒子の周囲の電磁場が後ろに置いてきぼりになり、波面が重なって衝撃波が生じて、このときの衝撃波がチェレンコフ放射（チェレンコフ光）になるわけです。

まぁ難しいので、こんなところでしょ。

ようは、光よりも速い物質は存在しないのですが、光よりも速い現象は存在するというのは、以前から分かっていたということです。

実際、論文の中でも

However, as a current density of free charges is composed of particles such as electrons or protons, Einstein’s theory of special relativity naturally forbids such a source from traveling faster than the speed of light. By contrast, there is no such restriction on a polarization current.

電子や陽子からなる電流密度はアインシュタインの特殊相対性理論で真空中の光速を超えることは禁止されていますが，分極電流にはそのような制限は無いとあります。

また、

Note that this “wave” can move arbitrarily fast (i.e. faster than the speed of light) because the individual ions suffer only small displacements perpendicular to the direction of the wave and therefore do not themselves move faster than the speed of light.

この波は光速よりも速くなりえるが、その実体である個々のイオンは進行方向と垂直にわずかに動いているだけで，イオン自体の動きが光速を超えている訳ではない。

とも言っています。

即ち、この研究自体は、最初に私が思っていた、物理定数を書き換えてしまうような、すさまじいものではなく、既知の「光よりも速い現象や、既知の定理を駆使して」、通信に使えるようにした論文ということでしょうか。。。

まぁこれだけでも十分スゴイ話なんですけどね（笑）。

というわけで、世紀の大発見というわけではありませんでしたが、それなりにすごいものという認識の論文でした。

さすが、ロスアラモス国立研究所（当初原爆開発のために創設された研究所）です（笑）。

ちなみに、実験装置は原理確認モデルで、実証実験を行うための実証回路であり、通信装置ではないっぽいです。

何よりも、論文読むのに電磁気学と再び真剣に向き合ったのは、貴重な時間でした。（笑）。

まとめ

アインシュタイン先生の特殊相対性理論の見直しにつながるような、論文ではないものの、非常に面白い研究の論文でした。

また世の中、質量の無いものなんてそうそう無いんじゃないの？っていう固定観念を覆してくれるいい勉強になりましたね（笑）。

確かに質量がないものであれば、それが真空中の光速を超えても、先生の論には反しませんからね（笑）。