https://arxiv.org/pdf/hep-th/9508164
参考文献が載っている
図は
を参照
『Lettere al Nuovo Cimento』(ヌォーヴォ・チメントへの書簡)は、イタリアの物理学者たちが発行する、物理学の分野における学術論文雑誌です。イタリアの物理学界で権威あるジャーナルの一つです。
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LETTERE AL NUOVO CIM:gl~TO VOL. 44, ~. 8 16 Dicembre 1985
要旨 – 最近の実験結果は、真空中で光速を超える速度で何かが伝播できることを示唆している。しかし、このような結果は相対論的因果律を脅かすものではないように見える。実際、「光速を超える」運動のために考案された既知の因果論的パラドックスも解決可能である(これは広く認識されているわけではない)。ここでは、トールマンが最初に提唱した最も古い因果論的パラドックス(多くの超光速粒子に関するパラドックスの根幹となるもの)を、詳細かつ厳密にどのように解決できるかを説明する。解決の鍵は、特殊相対性理論から明確に導かれる超光速粒子力学を慎重に適用することにある。
パラドックスの説明:図1、2において、t軸とt'軸は、それぞれ、タキオンを交換できる装置AとBの時空軌跡を表しています。これらの装置は、x軸に沿って一定の相対速度u(u < 1)で運動しています。パラドックスの前提(図1)によれば、装置Aはタキオン1をBに送信します(つまり、タキオン1はAに対して時間的に未来へ進むものとします)。装置Bは、Aからタキオン1を受信するとすぐに、タキオン2をAに返信するよう設計されています。Bが(自身の静止系において)タキオン2を送信する場合、タキオン2はBに対して時間的に未来へ進む必要があります。つまり、その時空軌跡BA2の傾きは、x'軸の傾きBA'(BA'//x')よりも小さくなければなりません。これは、A2がA'よりも上に位置することを意味します。もしタキオン2の速度が、A2がA'とA1の間に位置するように設定された場合、タキオン2はタキオン1の送信(イベントA1)よりも前にAに到達する(イベントA2)ように見えます。これは、一種の「逆テレフォン」を実現しているように思われます。
解決策:まず、タキオン2が物体Aに対して時間逆行しているため、AにとってイベントA~は反タキオン2の放出として認識されます。観測者(t~)は、タキオンを交換できる装置Aが、順次反タキオン2とタキオン1を放出しているように見えます。この時点で、パラドクスの支持者の中には(タキオン運動論や式(12)を無視して)、観測者(t~)の記述は一見正しそうに見えるが、装置Bはもはや前提条件通りに動作していない、なぜならBはタキオン1の受信時にタキオン2を放出していないからだと主張する人がいるかもしれません。しかし、これは誤りです。なぜなら、(t~)がA2で(固有放出)を観測したとしても、(t')がBで(固有吸収)を観測するとは限らないからです。むしろ、これは上記の式(12)と(13)の間で考察したケースと同じです。A2でAが固有放出を起こし、u・V2 > c^2(uとV2はそれぞれBと2がAに対して持つ速度)となる場合、AとBはそれぞれ自身の静止系において固有放出(タキオン2または反タキオン2)を起こしていることになります。
しかし、この「パラドクス」の前提条件は、最初から私たちを誤解させていたのです。図1を見ると、u・V2 > c^2であれば、当然のことながらu・V1 > c^2となります(uとV1はそれぞれBと1がAに対して持つ速度)。前述のタキオン運動論から、観測者(t')はBがタキオン1(あるいは反タキオン1)を固有放出しているように見えるはずです。結論として、この一連の事象には、Bが自身の静止系でタキオンを吸収する過程は含まれていません。Bが自身の静止系でタキオン1を吸収するためには、粒子1の時空軌跡は、x'軸の傾きよりも大きい傾きを持つべきである(図2参照)。さらに、物体Bが(本質的に)粒子2を放出するためには、粒子2の時空軌跡の傾きはx'軸の傾きよりも小さくなければならない。つまり、物体Bが粒子1を受信するとすぐに粒子2を放出するようにプログラムされている場合、実際にそうしたとき、イベントA2は常にイベントA1の後に発生する(図2参照)。
結論:この議論から得られる教訓は二つある。(i) 異なる観測者によって得られた同一現象の説明を混同してはならない。そうしないと、通常の物理学でさえ矛盾が生じる。例えば図1では、粒子1の運動方向は観測者Aによって、粒子2の運動方向は観測者Bによってそれぞれ決められているが、これは正しくない。(ii) タキオンに関する問題を提起する際には、通常の物理問題の記述に通常の物理法則を適用するように、(1) タキオン力学の法則を遵守しなければならない(そうでなければ、問題自体が誤っている)。
文献に掲載されている多くのパラドックスは、上記のような欠陥を抱えている(例えば参考文献(7)を参照)。
図1の場合、観測者AもBも、イベントA1をイベントA2の原因(またはその逆)とはみなしていない。一方、図2の場合、観測者AとBは共にイベントA1をイベントA2の原因とみなしている。この場合、遅延因果律の相対論的共変性に従い、両観測者にとってイベントA1はイベントA2よりも時間的に先行している。
タキオン因果関係に関する体系的かつ詳細な分析については、興味のある読者は参考文献(2,10)を参照されたい。
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パラドックス。図1、図2において、軸tとt'はそれぞれ2つの装置AとBの世界線であり、
それぞれタキオンを交換でき、X軸に沿って一定の相対速度u(u≒1)で移動しています。
パラドックス(図1)の条件によれば、物体Aはタキオン1をBに送信します(言い換えれば、タキオン1は物体Aに対して時間的に前進するはずです)。装置Bは、Aからタキオン1を受信するとすぐに、タキオン2をAに送り返すように構成されている。Bが(静止炎で)タキオン2を放出しなければならない場合、2は物体Bに対して時間的に前進しなければならない。つまり、その世界線BA2の傾きは、x'軸の傾きBA'(ただしBA'//x')よりも大きくなければならない。これは、AがA'より上に留まらなければならないことを意味する。タキオン2の速度がA2がA'とA1の間に落ちるような場合、2は1(事象A)の放出よりも前にA(事象A)に戻るように見える。これは反電話を実現しているように見える。
解決策。まず、タキオン2は物体Aに対して時間的に逆方向に移動するため、事象Aは物体Aにとって反タキオン2の放出として現れる。観測者(~ t ~>
は、タキオンを交換できる装置Aが反タキオン2とタキオン1に向かって順次放出するのを観測する。
この時点で、このパラドックスを支持する人々(タキオンの運動学と関係式(12)を無視して)は、観測者(( t ~>
による説明は正統的かもしれないが、装置Bはもはや前提に従って動作していない、と言うだろう。
なぜなら、Bはタキオン1を受信してもタキオン2を放出しなくなるからである。しかし、そのような主張は誤りである。
なぜなら、(( t ))がA2で(、固有の放出~)を観測するという事実は、 t' が B で (~ 固有吸収 ~) を起こすという意味ではない!それどころか、上で検討した式 (12) と (13) の間にあるのと同じである。A による A 2 での固有放出は u. V 2 > c^ 2 であり、u と V はそれぞれ物体 A に対する B と 2 の速度である。したがって、A と B はどちらも静止系で (タキオン 2 または反タキオン 2 の) 固有放出を起こす。
しかし、(( パラドックス )~ の項は、さらに我々を欺いており、最初からそうであった。実際、図 1 は、u. V 2 > c ^2 であれば、タキオン 1 については、あるいはむしろ u. V 1 > c ^2 であることを明確に示している。ここで、u と V はそれぞれ B と 2 の速度である。物体Aに関して、タキオン1を放出する。したがって、上記のタキオン運動学により、観測者(~ t'~)は、物体Bが本質的にタキオン1(あるいは反タキオンT)も放出するのを見ることになる。結論として、提案された一連の事象には、物体Bによるタキオン吸収は含まれない(静止系において)。
物体Bが(自身の静止系において)タキオン1を吸収するためには、物体Bの世界線は、x'軸の傾きよりも高い傾きを持つ必要がある(図2参照)。さらに、物体Bが(~ 本質的に ~ )タキオン2を放出するためには、物体Bの傾きはx'軸よりも低くなければならない。
言い換えれば、物体Bがタキオン1を受け取るとすぐに2を放出するようにプログラムされている場合、実際にそうすると、事象A.~はA 1の後に定期的に発生する(図2参照)。
教訓 - 教訓この物語の重要な点は2つある。i) 異なる観測者による一つの現象の記述を決して混ぜ合わせてはならない。さもなければ、たとえ通常の物理学においてさえも、直ちに矛盾に遭遇する。例えば図1では、1の運動方向はAによって、2の運動方向はBによって割り当てられているが、これは違法である。ii) タキオンに関する問題を提起する際には、(1) タキオン力学の規則 (n) に従わなければならない。これは、通常の問題の文章を定式化する際に通常の物理学の法則に従わなければならないのと同様である(そうでなければ、問題自体が(~間違っている)~)。
文献で提案されているパラドックスのほとんどは、上記の欠点を抱えていた(例えば、文献(7)を参照)。
図1の場合、AもBも事象A1を事象A2の原因とは見なしていない(またはその逆)ことに注意されたい。図2の場合、AもBも事象A1を事象A2の原因とは見なしていない(またはその逆)ことに注意されたい。 2では、逆に、AとBは共に、事象A1が事象Aの原因であると考えています。しかし、この場合、A1は両方の観測者によれば、ASよりも時系列的に先行しており、これは遅延因果律の相対論的共変性と一致しています。
タキオン因果律の問題を体系的かつ徹底的に分析するには、
関心のある読者は再度、文献(2,1o)を参照してください。
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https://www.researchgate.net/publication/226446602_Tachyons_and_causal_paradoxes
特殊相対論はタキオンの存在を否定するものではないが、もしタキオンが存在するならば因果パラドックスが生じるように思われる。これらのパラドックスに対する通常の解決策は、何らかの形で再解釈原理を用いる。本論文では、
第一にこの原理が矛盾していること、
第二にたとえ矛盾していなくても因果パラドックスがいくつか残ること、
そして第三に宇宙の境界条件に依拠する最も妥当な解決策が特殊相対論と矛盾することを論じる。
Tachyons and causal paradoxes
August 1979Foundations of Physics 9(7):557-574
DOI:10.1007/BF00708369
Authors:
John Barry Maund
The University of Western Australia
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ベンフォードは「再解釈ではトールマンのパラドックスの成立を回避できない」とした。レカミは「再解釈でトールマンのパラドックスの成立を回避できる」と言った。どちらが正しいのか?
思考時間: 11s
短く結論:両者とも「正しい」が、主張している「正しさ」の前提が違います。
Benford et al.(1970)は「(任意に制御可能な)超光速信号が使えればトールマン型の因果矛盾=『antitelephone』が現に作れてしまい、実用的な信号伝達としてのタキオンは許されない」と示しました。一方 Recami は「場・粒子論のレベルで『再解釈(Stückelberg–Feynman/スイッチング原理)』を厳密に使えば、数学的にはトールマンの矛盾を回避できる(=微視的理論内で自己矛盾は生じない)」と主張します。どちらが“勝ち”かは、**(A)どのレベルで議論するか(操作的/工学的か、あるいは微視的理論論証か)と、(B)どの仮定を認めるか(任意制御可能な発生器・検出器を許すか、情報化できない相関しか生まれないよう制約するか、特権フレームを許すか 等)**によって決まります。
University of Oregon
+1
以下、もう少し詳しく整理します(要点→背景→結論)。
要点(箇条書き)
Benford・Book・Newcomb(1970)は「tachyonic antitelephone」を提示し、往復の超光速通信で受信が送信より先に起きる具体算例を示して、実用的な信号伝達としてのタキオンは因果矛盾を生むと論じました(=実験/操作的レベルでの問題)。
University of Oregon
Recami(および再解釈を支持する論者)は、Stückelberg–Feynman の“負エネルギー・後退粒子を正のエネルギーで前進する反粒子に再解釈する”原理(スイッチング)を用すると、場・粒子動力学レベルでの矛盾は回避可能(=微視的理論として整合)であると主張します。
arXiv
批判側は「再解釈が『操作可能な過去への信号』を禁止することは示していない/再解釈を受け入れても往復通信で自己矛盾を避けられない状況が残る」と反論しています。最近の文献でも再解釈の不十分性を指摘する議論が続いています。
ResearchGate
+1
背景(技術的に何が争点か)
「再解釈(switching)」が意味するもの
負のエネルギー・逆時方向に進む解を見たとき、それを「対応する反粒子の正エネルギーで順方向に進む解」として再解釈する手法(Stückelberg, Feynman)です。これをタキオンに拡張すると「見かけ上の逆時方向伝播は反タキオンとして扱われ、矛盾は消える」と主張されます。Recami はこの立場を詳しく展開しています。
arXiv
Benford 等の議論が扱うレベル
Benford et al. は「もし装置が任意に超光速信号を出し受け取れるならば、二者間の往復で過去へメッセージを送る(祖父パラドックス的)ことが可能になる」と示し、「だからタキオンを情報伝達手段として扱うのは問題だ」と結論づけます。ここでの前提は“装置を任意に制御できる”という操作的前提です。
University of Oregon
どこで割れるか
再解釈は微視的な場・粒子の解釈を変える(理論的一貫性を保つ)方法であって、マクロな装置が任意にタキオンを放射/検出してメッセージを編成できることを自動的に否定するものではない、というのが批判側の主張です。もし理論が「マクロな制御=過去へ信号を送れる」ことを許すなら、再解釈だけでは矛盾は消えない――という立場です。
ResearchGate
+1
現状の学術的受け止め方(簡潔)
形式的・理論的レベル:Recami を含む一群は「再解釈でトールマン型の整合性問題を理論内で扱える」と示しています(少なくとも“全ての場合に”矛盾が出るとは限らない)。
arXiv
操作的・実証的レベル:多くの研究者は「任意に制御可能な超光速情報伝達が可能ならば因果矛盾は避けられない」と受け取り、結果として実用的なFTL通信は基本理論や経験則と矛盾すると見なすことが多い(したがってタキオンを情報送信に使う見通しは暗い)。
University of Oregon
+1
だから「どちらが正しいか?」への答え(明示)
もし問いが「微視的場・粒子論の枠組みで数式的矛盾が回避できるか」なら、Recami の主張は理論的に成立する場合がある。 彼の一連の著作はその解法(switching principle の丁寧な適用)を示しています。
arXiv
もし問いが「任意に制御可能な超光速通信装置を想定したときに因果矛盾が出るか」なら、Benford et al. の指摘が的確で、単純な再解釈だけでは実用的パラドックスを避けられない(=Benford の警告は正当)と言えます。
University of Oregon
結論(平易に一文で)
Recami は「理論内の(微視的な)パズルは再解釈で回避できる」と主張し得る。Benford は「だが我々が工学的に任意に使える通信装置を想定するとトールマン型のパラドックスは依然として現に作れる」と警告する――両者は矛盾せず、それぞれ異なるレベルの“正しさ”を示している。
arXiv
+1
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
Causality, faster than light signals and clock-synchronization
March 1980
Authors:
F. Gonzalez-Gascon
特殊相対性理論において、光速を超える信号が存在する場合の時計の同期について考察する。光速を超える信号が、送信元とは異なる慣性系内の点に到達するのにかかる時間の負の値は、信号が送信前に到着するという因果的パラドックスではなく、2つの慣性系間の時間同期の操作的定義の結果であることを示す。この時間が正であれば真の論理矛盾が生じると主張され、負の値は因果的というよりは運動学的な起源を持ち、特殊相対性理論と矛盾しないと結論付けられる。
したがって、V > c 2 /v のときに to.tó < O
であること、あるいは V - のときに(5)式で示される極端に負の値をとることには、何らパラドックスはない。
唯一の本当の問題は、特殊相対論において時計が同期する動作方法を忘れることです。つまり、共通の原点 x=xf=0 にある時計が共通の時間 tl=
=t=0 を示したとしても、o, # O にある時計ではこれは起こりません。真の論理矛盾は、速度信号 V > c2/v が使用されているときに tó > 0 になることです。したがって、t の負の値が反転する理由(V > c の信号が使用されている場合)は運動学的な起源であり、因果律 y 2 とは無関係であり、アインシュタインの考えにも反しません。
https://sbfisica.org.br/bjp/download/v10/v10a05.pdf
思考時間: 22s
いい選択です。Gonzalez-Gascón(1980)論文の本文を確認して、論旨・議論の流れ・主要式・結論をできるだけ正確に(かつ引用付きで)まとめます。本文は短い(4頁)で、主張は明快です:「他慣性系で観測される『到着が送信より前に見える(負の時間)』という結果は、因果律の破綻ではなく、時計同期の運用的定義から生じる運動学的(kinematical)現象である」。以下、段階的に示します(必要な箇所は論文の該当ページ行番号に基づいて注記します)。
Sbfisica
1) 背景と問題設定(導入)
論文は「特殊相対論のもとで速度
𝑉
>
𝑐
V>c の信号を許すと生じるいわゆる因果パラドックス」を取り上げます(導入)。著者は既存文献を引用しつつ、この種の“パラドックス”は時計の同期(clock-synchronization)をどう定義するかに由来すると主張します。
Sbfisica
2) 同期操作の再点検(運用的定義)
Gonzalez-Gascón はまず、慣性系
𝑆
S 内での典型的な時計同期手続き(点
𝑃
0
P
0
から光信号を出して各点の時計を合わせる、すなわちアインシュタイン同期)を再確認します。これにより「同じ起点(common time origin)」を持つ複数慣性系
𝑆
,
𝑆
′
S,S
′
間で時刻読みを“つなぐ(connect)”ためには位置
𝑥
x に依存する「局所時刻」のズレが必然的に生じることを強調します(本文参照)。
Sbfisica
3) FTL 信号を置いたときの具体計算(簡略再現)
𝑆
S において、ある物理信号が速さ
𝑉
V で伝播するとする(
𝑥
=
𝑉
𝑡
x=Vt,
𝑡
=
𝑇
t=T)。信号が位置
𝑥
0
=
𝐿
x
0
=L に到達するまでの時間は
𝑡
0
=
𝐿
/
𝑉
t
0
=L/V です(本文式 (2) 前後の設定)。
Sbfisica
ローレンツ変換を使うと、
𝑆
′
S
′
における対応する時刻(到着時刻の読み)
𝑡
0
′
t
0
′
は次の形で書けます(本文の式に対応):
𝑡
0
′
=
𝛾
(
𝑣
)
𝐿
𝑉
(
1
−
𝑣
𝑉
𝑐
2
)
,
t
0
′
=γ(v)
V
L
(1−
c
2
vV
),
すなわち(一般的な)
Δ
𝑡
′
=
𝛾
(
Δ
𝑡
−
𝑣
Δ
𝑥
/
𝑐
2
)
Δt
′
=γ(Δt−vΔx/c
2
) の形の特殊化です。本文はこの式(本文では式(4) 型)を使って
𝑡
0
′
t
0
′
の符号が
𝑉
V と慣性系速度
𝑣
v に依存することを示します。
Sbfisica
特に
𝑉
>
𝑐
2
/
𝑣
V>c
2
/v の領域では
𝑡
0
′
<
0
t
0
′
<0 になり得る(すなわち
𝑆
′
S
′
では「到着が送信より前に見える」)。本文はこの算術的事実を受け入れつつ、これ自体を「因果的矛盾」だとは主張しません。
Sbfisica
4) 著者の主張:なぜ「負の
𝑡
0
′
t
0
′
は矛盾でない」のか
Gonzalez-Gascón の中心論点は次の3点に整理できます(論文の要旨と結論に明記):
時計同期の運用的取り扱いを忘れてはならない。
S と S' の時計が原点
𝑥
=
𝑥
′
=
0
x=x
′
=0 で同じ時刻(共通起点)を示していたとしても、
𝑡
=
0
t=0 の瞬間に S' の遠隔にある時計はすでに負の時刻を示している場合がある(ローレンツ変換が原因)。つまり「S で起点に合わせた同期」が S' 空間上の全点で同じ時刻を示すわけではない。結果として S' における “負の読み” は単に同期の帰結(kinematical)である。
Sbfisica
負の読みは「信号が実際に送られる以前に到着した」という意味の因果破綻を自動的に示さない。
著者は、負の
𝑡
0
′
t
0
′
が観測されるのは時計読みの定義(=どうやって“共通時刻”を運用的に構築したか)に由来するため、これをもって自動的に「因果律の破綻」と結論づけるのは誤りだと論じます。
Sbfisica
むしろ「真の論理的矛盾」は別の事態に相当する(論文の注意点)。
Gonzalez-Gascón は本文で「真に矛盾となるのは、(ある条件下で)到着時刻が逆の符号で“正”になってしまう場合だ」と述べ、その意味で「負の値は運動学的に自然であり、相対性原理と矛盾しない」と結論付けています(論文の結び)。
Sbfisica
(※本文の語り口は簡潔で、“真の矛盾”に関する言及はやや技術的に書かれています。PDFの該当箇所を示しました。
Sbfisica
)
5) 参照・位置づけ(他論文との関係)
著者は Recami・Mignani らのタキオン議論や、Terletskii の古典的総説、Csonka 等の議論を参照しており(本文末尾の参考文献群)、「FTL と相対性の整合性」問題についての一つの簡潔な運動学的説明を補完しています。
Sbfisica
6) 含意(Gonzalez-Gascón の結論をどう読むか)
論文の範囲は“運動学的・同期問題の解明”であって、往復(双方向)通信を用いて自己矛盾(祖父型パラドックス)を生成する可能性を完全に無視するものではありません。
つまり「負の
𝑡
′
t
′
が出る」ことの説明は与えるが、Benford らが示すような『往復を組み合わせて過去到達を作る』タイプの組合せ的パラドックスの回避や不可避性については別の議論(往復通信の詳細な組合せ・操作的可制御性)を要求します。Gonzalez-Gascón 自身も関連文献を挙げており、広い議論文脈に位置づけています。
Sbfisica
+1
7) 要点のまとめ(短く)
Gonzalez-Gascón (1980) の主張はシンプル:「他慣性系での“先に到着しているように見える”という算術的結果は時計同期の運用的定義から自然に生じる運動学的効果であって、それ自体が因果律の破綻を意味しない」。ただし、これは「往復で実際に過去へメッセージを送り自己矛盾を作れない」ということを証明する主張ではなく、**“負の時刻の読みそのものは問題ではない”**と位置づける論文です。
Sbfisica
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
R.Mignani , E.Recami : Riv.N.Cimento 4, 209-398 (1974) and the numerous
references therei n,
思考時間: 14s
いい選択です。以下は R. Mignani & E. Recami, “Classical theory of tachyons (special relativity extended to superluminal frames and objects)”, Rivista del Nuovo Cimento 4 (1974) 209–290 (erratum p.398) の詳細かつ実務的な要約です。原典の構成・主張・数式的核・パラドックス処理・帰結とその後の影響をできるだけ正確に拾い、重要点ごとに出典を付けました。負荷の高い主張には出典を明示しています。
Springer
+1
1) 本論文の位置づけと目的(概観)
目的:特殊相対性理論を「超光速(superluminal)参照系/物体(いわゆるタキオン)」へ拡張し、タキオンの古典的理論を体系化すること。従来の“虚数質量”扱いの問題点を整理し、数学的・物理的に一貫した取り扱い(座標変換・運動学・力学・因果性問題の検討)を提示する。
Springer
+1
2) 論文の構成(章立て相当の俯瞰)
大ざっぱに分けると以下の主要パートから成ります(実際は長いレビューで数多くの小節と参照を含みます):
歴史的導入とタキオン問題の概説(過去の議論、“虚数質量”の起源)。
**超光速ローレンツ変換(Superluminal Lorentz Transformations, SLT)**の導出と性質(形式的な導出、群性、連続極限、空間/時間成分の取り扱い)。
ResearchGate
タキオンの運動学(速度・エネルギー・運動量関係の再定義、慣用的な
𝑚
2
<
0
m
2
<0 表現とその解釈、正準変数の扱い)。
因果性・パラドックスの詳細解析(Tolman 型の逆因果問題、タキョニック・アンチテレフォン等)とそれに対する可能な解決策(再解釈原理など)。
ResearchGate
古典力学的相互作用・場論的拡張、実験的制約と検出可能性に関する議論(どのような観測がタキオンの存在を示唆するか)。
まとめと参考文献の詳細カタログ(当時の文献を広範に収録)。
インスパイア
3) 技術的中核 — Superluminal Lorentz Transformations(SLT)
Recami/Mignani は「光速を超える慣性系」を形式的に扱うためのローレンツ変換の一般化を提示します。標準ローレンツ変換を単純に
𝑣
>
𝑐
v>c に拡張するときに出てくる “虚数成分”問題を避けるための数学的取り回し(座標・符号の選択、時間・空間分離の再整理)を詳述しています。これにより SLT がどのように群的に振る舞うか、space-like イベントの取り扱いはどうなるかを示します。
ResearchGate
+1
重要点:SLT の導入は「慣性系の相対性原理」を形式的に拡張するが、物理的な解釈(何が観測可能か、どの量が実数であるべきか)については注意深い規則付けが必要である、と著者らは強調します。
Springer
4) タキオンの運動学・力学
一般にタキオンは
𝑚
2
<
0
m
2
<0(しばしば
𝑚
=
𝑖
𝜇
m=iμ と表される)という形式で扱われますが、Recami/Mignani は 物理量(エネルギー・運動量)の取り扱いを再定義し、観測可能量が実数で表れるよう工夫します。
彼らはまたタキオンの自由運動、慣性質量に対応する運動方程式、力学的相互作用の基本的枠組み(古典的近似)を詳細に導出します。これにより「タキオンがどのように加速され、どのように電磁場等と相互作用するか」の骨子が示されます。
インスパイア
5) 因果性パラドックス(Tolman 等)への取り組み
論文の重要部分は 因果逆転問題(光速超過情報伝達が相対性理論と衝突しうる点)の系統的検討です。Recami/Mignani は(a)問題の数学的形式化、(b) 既知の“タキオン・アンチテレフォン”類の具体計算、(c) 矛盾回避のための解釈的/理論的方策の比較(再解釈原理、特権フレーム、自己整合性条件、多世界的解釈 など)を扱います。
ResearchGate
+1
再解釈(reinterpretation)原理について:負のエネルギーで逆向きに進む解を「正のエネルギー・逆符号の(反)粒子が順方向に進む」ように再解釈する、という Feynman–Stueckelberg 型の考えをタキオンにも適用する議論を行っています。ただし、再解釈だけで往復通信による祖父パラドックスを完全に消せるかは、場合分けと追加仮定が必要であることも著者らは指摘しています。
ResearchGate
6) 「虚数」問題と数学的整合性
SLT を導入すると生じる「虚数座標・虚数質量」等の問題を回避するために、著者らはどの量を物理的に意味のある実数量と見なすかを明確にし、座標表示や測度の選択がどう解釈に作用するかを示します。これが当時議論されていた「imaginary quantities problem」への一つの対処法になっています。
アカデミア
7) 実験的・観測的考察
Recami/Mignani は当時利用可能な実験的上限(if any)について触れ、タキオンの直接検出がどのような方法で可能か、またその制限は何かを論じます。具体的には、エネルギー・運動量保存、放射過程、散乱実験等でのシグネチャの想定と、検出困難性の理由(背景ノイズ、信号の非局所性、再解釈による検出の曖昧化)を述べています。
インスパイア
8) 学術的影響と後続研究
このレビューは当時としては最も包括的な“古典的タキオン理論”の整理であり、その後の多くの論文(タキオン理論、超光速フレーム、再解釈議論、antitelephone 議論など)に引用されています。後年の教科書的引用・議論は多くがこのレビューとその参照文献群を起点にしています。
OUCI
+1
9) 著者らの結論(簡潔化)
タキオン理論は数学的には構成可能であり、特殊相対論の枠を超光速に外挿する余地がある。
しかし 因果問題・操作的な歴史改変(signal-sending into the past)を許すかどうかは、追加の原理(再解釈、自己整合性、特権フレーム、no-signalling 制約等)をどのように課すかで決まる。単純な“光速超越を許すだけ”では整合性を保てない、という慎重な立場を取っています。
Springer
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10) 参考になる箇所(原論文内で特に重要なパート)
SLT の導出・性質(数式):論文中盤。
因果逆転の具体的算例(antitelephone 型計算):因果性の節。
再解釈原理と負のエネルギー解の扱い:解釈部分。
(原文は長く注釈・参考文献が豊富なので、特定節の原文抜粋や数式展開をご希望ならページ指定で引用要約を作ります。)
アカデミア
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11) 補助情報・入手法
論文情報(収録誌・DOI 等):Recami & Mignani, Riv. Nuovo Cim. 4, 209–290 (1974), erratum p.398. DOI や索引エントリは Springer / INSPIRE / academic リポジトリで参照できます。
Springer
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思考時間: 32s
いいですね。ではご要望どおり 「再解釈原理(Stückelberg–Feynman 型の 'switching'/reinterpretation)と負のエネルギー解の扱い」 の「解釈部分」を(①概念の要点、②数式での切り替えルール、③具体的簡単例、④長所と限界/反論)で丁寧に示します。出典は原典・総説に戻して明記します。もし特定の論文の**原文抜粋(ページ指定)**が必要なら、そのページ番号を教えてください(ただし引用は非歌詞ソースからの逐語は 25語までにとどめます — 長い原文は要約で示します)。
A. 再解釈原理(概念の要点)
起源と趣旨:
再解釈原理は、Stückelberg(1941)/Feynman(1949) に端を発する考えで、負のエネルギーで時間逆向きに進む解(「後向きタイムライン上の粒子」)を、正のエネルギーをもつ反粒子が正時間方向に運動していると再解釈するというものです。これは量子場や古典的運動方程式の負エネルギー解を物理的に解釈する標準的手法です。
arXiv
Recami と同僚の応用:
Erasmo Recami と R. Mignani(1974 ほか)は、この再解釈手続きをタキオン(超光速解)にも拡張しました。「ある慣性系ではタキオンが負のエネルギーで時間逆行して見える」場合、それを同一慣性系では“正のエネルギーをもつ反タキオンが正時間方向に進んでいる”とみなす、という手続きです。これにより「負のエネルギー粒子が過去へ影響を及ぼす」という直感的パラドックスを回避しようとします。
arXiv
+1
B. 数式での「スイッチング(switching/再解釈)ルール」
以下、単純化して1次元(x軸方向)運動を考え、光速
𝑐
c を明示します。
1) ローレンツ変換(エネルギー・運動量)
ある慣性系
𝑆
S で粒子のエネルギー・運動量が
(
𝐸
,
𝑝
)
(E,p)(エネルギーは実数で E も正負ありうる)とする。慣性系
𝑆
′
S
′
が速度
𝑣
v で
𝑆
S に対して動いているとき、エネルギーは
𝐸
′
=
𝛾
(
𝐸
−
𝑣
𝑝
)
(
𝛾
≡
1
/
1
−
𝑣
2
/
𝑐
2
)
.
E
′
=γ(E−vp)(γ≡1/
1−v
2
/c
2
).
ここで
𝑝
p は
𝑥
x-成分(1次元簡約)。(古典的/準古典的議論で用いられる式。)
arXiv
2) 「負のエネルギー × 時間逆向き」をどう扱うか(再解釈ルール)
観測者(慣性系)
𝑆
′
S
′
において、ある解のエネルギー
𝐸
′
<
0
E
′
<0 かつその世界線が時間逆向きに見える(つまり過去方向に進むように見える)場合:
再解釈原理ではその解を「**反粒子(antiparticle)**が正のエネルギー
𝐸
ˉ
=
−
𝐸
′
E
ˉ
=−E
′
をもち、運動量も逆向き
𝑝
ˉ
=
−
𝑝
′
p
ˉ
=−p
′
に変えたもの」として扱います。
すなわち数学的には
(
𝐸
′
,
𝑝
′
)
→
reinterpretation
(
𝐸
ˉ
=
−
𝐸
′
,
𝑝
ˉ
=
−
𝑝
′
)
,
(E
′
,p
′
)
reinterpretation
(E
ˉ
=−E
′
,p
ˉ
=−p
′
),
かつ内在する電荷等の内部量は符号反転(必要なら)して「反粒子」の物理属性を与えます。
arXiv
+1
3) 意味するところ
こうすると すべての物理実体(信号担い手)は各慣性系で正のエネルギーをもち、正時間方向に進んでいるように記述される。負のエネルギー/逆向き世界線は「反粒子の正向き世界線」に置き換えられるので、よく知られた「負のエネルギー解を反粒子として扱う」処理と同一です(Stückelberg–Feynman の考え方)。
arXiv
C. 簡単な数値例(符号反転の生起の見取り図)
ある慣性系
𝑆
S でタキオンの四元運動量
(
𝐸
,
𝑝
)
(E,p) が与えられる。タキオンなら質量項は
𝑚
2
<
0
m
2
<0(慣例的に
𝑚
2
=
−
𝜇
2
m
2
=−μ
2
で
𝜇
>
0
μ>0)で分散関係は
𝐸
2
=
𝑝
2
𝑐
2
−
𝜇
2
𝑐
4
.
E
2
=p
2
c
2
−μ
2
c
4
.
別の慣性系
𝑆
′
S
′
に対する E' は
𝐸
′
=
𝛾
(
𝐸
−
𝑣
𝑝
)
E
′
=γ(E−vp)。もし
𝐸
′
<
0
E
′
<0 であれば、再解釈を行って
(
−
𝐸
′
,
−
𝑝
′
)
(−E
′
,−p
′
) を新しい正エネルギーの反タキオンと見做す。
つまり 「ある系で負のエネルギーに見える」→「その系では反タキオンが正エネルギーで伝播している」 という記述上の置き換えが成り立ちます。これで“負のエネルギーが原因で未来→過去に操作可能な信号が送られる”という直感的危惧を緩和することが狙いです。
arXiv
(注:ここでは詳細な場の量子論的議論や相互作用の扱いを省き、運動学的な「置換ルール」を示しています。量子場の枠組みではさらに創造・消滅演算子の交換関係や因果性(commutator/anticommutator)等の扱いが入ります。Recami らは古典的/準古典的レベルでこの switching の妥当性を丁寧に論じています。)
arXiv
D. 長所・利点(再解釈原理が提供するもの)
負エネルギー解を“物理的”に処理して、場や粒子の記述を正エネルギー進行子のみで済ませられる(教科書的利点)。
arXiv
因果パラドックスの一部を「記述上」回避できる:負のエネルギーが「過去へ信号を送る」根拠とならないよう、各系での実体は常に「正エネルギー・正時間進行」に統一される。Recami はこれを使ってタキオンに伴う多くのパラドックスを整理・制限しています。
arXiv
E. 限界・批判(Benfordらの指摘を中心に)
Benford, Book & Newcomb (1970) は「tachyonic antitelephone(タキオン性反電話)」を示し、往復(双方向)通信を組めば時間逆行のメッセージ(過去到達)が物理的に構成できることを具体的に計算で示しました。彼らは(再解釈を部分的に考慮しても)「いくつかの測定・実験は矛盾を生むか失敗するはずだ」と結論づけています。
University of Oregon
+1
論理の核心:再解釈は「個々の観測者の記述」を矛盾なく書き換えるが、往復の送受信プロトコルを組み合わせると、再解釈ルールだけでは自己矛盾(送信前到達)が生じる場合がある、という指摘です。Benfordらはその算例を与えました。
University of Oregon
Recami の反論:Recami ら(および後続の論者)は、より厳密に「switching」ルールと場の相互作用や「信号化可能性(no-signalling)」を組み合わせて考えると、自己矛盾が起きないように局所的・場のレベルで追加条件が必要であり、それを正しく組み込めばパラドックスは回避され得る、と論じています(自己整合性原理、全系の境界条件、信号化不可能性の保持等を導入)。差し引き、どちらの立場も「単純な再解釈だけで完全にすべてのパラドックスが消える」とは主張していません。
arXiv
+1
F. まとめ(要点だけ短く)
再解釈原理は(Stückelberg–Feynman の延長として)負のエネルギー×逆時間解を反粒子の正時間進行として置き換えるルールで、Recami らはこれをタキオン論に適用して多くの因果的困難を整理しました。
arXiv
+1
数学的にはローレンツ変換で
𝐸
′
=
𝛾
(
𝐸
−
𝑣
𝑝
)
E
′
=γ(E−vp) が負になる場合に
(
𝐸
′
,
𝑝
′
)
↦
(
−
𝐸
′
,
−
𝑝
′
)
(E
′
,p
′
)↦(−E
′
,−p
′
) と置換し、内部量を符号反転して反粒子として扱います。
arXiv
しかし Benford et al.(1970)のように往復通信での具体的算例は再解釈のみでは回避困難な場合があることを示しており、この点が現在まで続く議論の核心です。Recami 側は場の扱い・自己整合性等を明示的に入れることで回避可能と主張します。
University of Oregon
+1
参考(抜粋・必読)
R. C. Tolman, The Theory of the Relativity of Motion (1917) — 因果逆転の初期議論(歴史的背景)。
arXiv
G. A. Benford, D. L. Book, W. A. Newcomb, “The Tachyonic Antitelephone”, Phys. Rev. D 2 (1970) 263 — 往復通信/antitelephone の具体例と批判。
University of Oregon
E. Recami & R. Mignani, “Classical theory of tachyons (Special relativity extended to superluminal frames and objects)”, Riv. Nuovo Cimento 4 (1974) 209–290 — 再解釈原理のタキオンへの展開(詳細な総説)。(要参照)
ResearchGate
E. Recami, 各種レビュー・講演(1978–1998)および“Classical tachyons and possible applications” など(総説的で読みやすい)。
arXiv
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