特殊相対論、ホーキング放射、ダークマター、ブラックホールなど

・時間について特殊相対論からの考察
・プランクスケールの原始ブラックホールがダークマターの正体であるという主張
 

その1・ 宇宙船通信パラドックス

2022-05-07 02:16:26 | 日記
訂正:(2024/2/20):以下、本文の計算条件の初期設定に一部間違いが見つかりました。
それを修正すると

1、アリス座標系固定     566.6日        580.00日   

2、ボブ座標系固定      566.6日        580.00日 

となり両者の差がなくなりました。

つまり「静止系がどこにあってもこの方法では検出できない」がここでの結論となります。(注2)

何をどのように修正したのか、内容詳細についてはまた後日、ページを改めての報告となります。

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前回までの議論で「タキオン反電話では過去には情報を送れない」という事は明らかになったと思います。

それは計算手順に間違いがある事によって生じた見かけ上の結果であった、と言いう事でした。

そうであれば「今のところは光速を超える速さで通信が出来ても、因果律に反する事はなく、そこには何も問題はない」という結論になります。



さてそれで今度は前のページの条件で、但し、まずは観測者はアリス固定で、次はボブ固定でどうなるか計算してみましょう。

1、アリス固定での場合

・アリスとボブは宇宙船に乗って0.8Cの相対速度で慣性移動している。

但し今度はお互いに離れる、のではなく、近づく状況での計算となります。

時刻合わせの方法は「双子のパラドックス」を参照願います。(注1)

左側から近づくのがアリスで右からはボブです。

時計をリスタートさせるのはお互いの相対距離が480光日になった時です。

0.8Cで近づきますから、300日経過でその相対距離は240光日まで接近します。

その時にアリスはボブ宛に「元気ですか?」と通常無線で問いかけます。

無線ですから、光速Cでボブに音声波が飛びます。

アリスからみればボブが0.8Cで近づいてきます。それに向かってアリスの信号が光速Cで向かいます。その時の間隔は240光日です。

240光日割る(1.0+0.8)Cで計算すると133.3日となり、そこでボブに信号が届きます。

届いた信号はボブによってすぐに返信され、あるいはレーダー波であればボブ号の機体外壁で反射されます。その時のアリスとボブの間の距離は133.3光日です。(アリス座標系)

ですから反射波の帰り道も133.3日必要で行って帰ってで必要日数は266.6日となります。

以上を合計しますから300+266.6=566.6日がアリスが信号を受信する日時となります。

ちなみにアリス座標系ではボブが信号を受けたのは0.6X433.3日=259.98日であるとアリスは報告します。(アリスの時計よりもボブの時計は遅れます。係数0.6は前回計算した数値です。)


2、ボブ固定での計算

ボブにとってはアリスは左から光速の0.8掛けのスピードで接近してくると認識されます。

したがってアリスの時計はボブの時計よりも遅れます。(係数0.6がかかります。)

そうであればアリスが300日目に信号を出したのは、ボブにとっては500日目となります。

500日間、0.8Cで飛行しましたから400光日すぎました。当初距離が480光日でしたからアリスが信号を出した時はアリスとボブの間隔は残りの80光日になっています。(ボブ座標系)

そこで高速接近中のアリスがボブに対して信号を出すのですが、いかんせん無線は光速で飛びますので相対論の計算では0.8C+1.0C=1.0Cであり(ボブ座標系)、従って信号がボブに届くのは80日後になります。

ボブはすぐさま返信をだします。このときアリス号は(500+80)日掛ける0.8Cで464光日の場所にいます。(ボブ座標系)したがってボブとの距離は残り16光日です。

これを今度は0.8+1.0=1.8Cで割りますから答えは8.89日。ボブ座標系では500+80+8.89=588.89日でアリスに信号が帰った事になります。

アリスが運動してますからアリスの時計は遅れる、従ってアリスの座標系では0.6かける588.89=353.33日にボブからの信号を受信する事になります。



3、以上をまとめますと、アリスが300日目に信号を出した、その信号を再び受け取るのは

  観測者  アリスが受信した日(アリスタイムで)  ボブが信号を受け、返信した日(ボブタイムにて)

1、アリス座標系固定     566.6日        259.98日   

2、ボブ座標系固定      353.33日       580.00日   

こうして「観測者を固定した場合はいずれにせよ過去には情報は飛ばない」という事はあきらかになりました。

しかしながらこまった計算結果になっています。

一連の操作手順、アリスが固有時間300日目に出した情報をボブがすぐさま返信し、それをまたアリスが受け取る、という一連のイベントについて、観測者を入れ替える事で(それはつまり同等であるはずの2つの慣性系であるはずなのですが)アリスが再び信号を受け取る日時がまるで違ってしまう、という事になっています。


つまりアリスとボブは相対速度0.8Cで近づきつつあるのですが、事前の打ち合わせ通りに「アリスは時刻合わせ終了後300日目にボブに向かってシグナルを出します」。
ボブはそれに対して即座に返事を出すのですが、その返事がいつアリスに戻るのか、上記計算結果によれば「決定できない」という事になりました。

これが「タキオン反電話」に触発されて明らかになった「宇宙船通信パラドックス」となります。

さてこのパラドックス、どなたかご説明の上で解いていただけると助かるのですが、、、。
 
注1:(2023/6):時刻合わせの為にはO君を仮の基準慣性系として使う事になる。このO君に対してアリスとボブがそれぞれ左と右から相対速度0.5Cで近づく、という設定でよい。
 
何となれば0.5Cと0.5Cを相対論的な加算を行えば0.8Cとなるからである。
 
注2:ただし「なぜ宇宙がこのように巧妙に静止系の存在を隠す様にふるまうのは何故なのか?」と
そのように改めて問う事ができます。

追伸
ちなみにそれぞれの船に積まれたレコーダーには、アリス号では「いつ信号を発信し、それをいつ受信したか」、ボブ号では「いつ信号を受信し、いつそれに返信したか」という記録が残されます。

そうであれば、実際にこのような状況を作り上げて実験するならば、一連のイベントが終了した時、つまり「アリスに信号が再び戻ってきた時」ですが、それぞれのレコーダーにはただ一つの、一連の記録が残されているはずです。

そうしてそれは宇宙基地である巨大ステーションに2台が帰還した後で照合し、確認する事が可能なのであります。

アリス号の記録の最初だけは予測可能で、そこには「時間合わせ後300日時点でボブに向け、信号発信」と記録されています。

しかしながら、それに続くボブの記録、「アリスからは???日に信号受信」以降については、イベント発生時刻について、全く予測が出来ない状況です。

追伸の2
このようなパラドックスについて「それは同時という事が慣性系が異なると違ってしまい、成立しなくなるからだ」というような「分かった様でよく分からない説明がされて、それでおしまいになる状況」がネット上の記事では見受けられます。

しかしながら当方と致しましては「そのようなよく分からない説明」では納得がいかないのです。