a fénysebesség vákuumban 186,282 mérföld / másodperc (299,792 kilométer / másodperc), elméletileg semmi sem haladhat gyorsabban, mint a fény. Mérföld / óra, fénysebesség, jól, sok: ról ről 670,616,629 mph. Ha fénysebességgel tudna utazni, egy másodperc alatt 7,5-szer megkerülheti a Földet.

a korai tudósok, akik képtelenek érzékelni a fény mozgását, úgy gondolták, hogy azonnal utaznia kell. Idővel azonban a hullámszerű részecskék mozgásának mérése egyre pontosabbá vált., Albert Einstein és mások munkájának köszönhetően most már megértjük, hogy a fénysebesség elméleti határ: a fénysebességet — a “c” – nek nevezett állandót-az alábbiakban ismertetett okok miatt úgy gondolják, hogy semmi sem érhető el tömeggel. Ez nem akadályozza meg a sci-fi írókat, sőt néhány nagyon komoly tudósot abban, hogy olyan alternatív elméleteket képzeljenek el, amelyek lehetővé teszik néhány szörnyen gyors utat az univerzum körül.,

fénysebesség: az elmélet története

Az első ismert diskurzus a fénysebességről Arisztotelész ókori görög filozófusból származik, aki egy másik görög tudóssal, Empedocles-szel írt egyet nem értését. Empedocles azzal érvelt, hogy mivel a fény mozgott, időbe kell telnie az utazáshoz. Arisztotelész azt hitte, hogy a fény azonnal utazik, nem értett egyet.

1667-ben Galileo Galilei olasz csillagász két embert állított fel egy mérföldnél kisebb dombokon, mindegyik árnyékolt lámpást tartott. Az egyik fedetlen lámpása; amikor a második látta a flash, ő fedezte fel, is., Azzal, hogy megfigyelte, mennyi időbe telik, amíg az első lámpatartó látja a fényt (és kiszámítja a reakcióidőket), úgy gondolta, hogy kiszámíthatja a fény sebességét. Sajnos, Galileo kísérleti távolsága kevesebb, mint egy mérföld volt túl kicsi ahhoz, hogy különbséget lásson, így csak azt tudta meghatározni, hogy a fény legalább 10-szer gyorsabb, mint a hang.

az 1670-es években Ole Römer dán csillagász a Jupiter holdjának, az Io-nak a napfogyatkozását használta a fénysebesség kronométereként, amikor elvégezte a sebesség első valódi mérését., Több hónapos, mint Io telt mögött a hatalmas gáz bolygó, Römer megállapította, hogy a napfogyatkozás jött később, mint számítások várható, bár több hónapig húzódtak közelebb a jóslatok. Megállapította, hogy a fény időbe telik, hogy az Io-ból a földre utazzon. A napfogyatkozások akkor maradtak el a legjobban, amikor a Jupiter és a Föld a legtávolabbi távolságra voltak egymástól, és a menetrend szerint haladtak, ahogy közelebb voltak.

a NASA szerint ” ez meggyőző bizonyítékot adott Römernek arra, hogy a fény bizonyos sebességgel terjed az űrben.,”

arra a következtetésre jutott, hogy a fény 10-11 percet vett igénybe a naptól a Földre való utazáshoz, ami túlbecsülés, mivel valójában nyolc percet és 19 másodpercet vesz igénybe. De végül a tudósoknak volt egy számuk, amellyel dolgozniuk kellett — számítása 125 000 mérföld / másodperc sebességet mutatott (200 000 km / s).

1728-ban James Bradley angol fizikus számításait a csillagok látszólagos helyzetének változására alapozta, mivel a Föld a Nap körül utazik. A fénysebességet 185 000 mérföld / másodpercre (301 000 km / s)tette, körülbelül 1 százalékig pontos.,

az 1800-as évek közepén két kísérlet hozta vissza a problémát a földre. Hippolyte Fizeau francia fizikus egy fénysugarat állított fel egy gyorsan forgó fogazott kerékre, egy tükörrel, amelyet 5 mérföldre állítottak fel, hogy visszaverje a forrását. A kerék sebességének változtatása lehetővé tette Fizeau számára, hogy kiszámítsa, mennyi ideig tartott, amíg a fény kiáramlott a lyukból, a szomszédos tükörbe, majd vissza a résen. Egy másik francia fizikus, Leon Foucault forgó tükröt használt, nem pedig kereket. A két független módszer mindegyike körülbelül 1000 mérföld / másodperc sebességgel érkezett a ma mért fénysebességhez.,

A porosz születésű Albert Michelson, aki az Egyesült Államokban nőtt fel, 1879-ben megpróbálta megismételni Foucault módszerét, de hosszabb távolságot, valamint rendkívül jó minőségű tükröket és lencséket használt. Az 186,355 mérföld/másodperc (299,910 km / s) eredményét 40 évig elfogadták a fénysebesség legpontosabb mérésének, amikor Michelson újra megmérte.

Michelson kísérletének érdekes lábjegyzete az volt, hogy megpróbálta felismerni azt a közeget, amelyen a fény áthaladt, luminiferous aether néven. Ehelyett kísérlete feltárta, hogy az éter nem létezik.,

“A kísérlet — s Michelson testét a munka — annyira forradalmi, hogy ő lett az egyetlen ember a történelemben, hogy Nobel-Díjat nyert, egy nagyon precíz, nem felfedezés semmit” – írta asztrofizikus, Ethan Segal a Forbes tudományos blog, Kezdődik egy Bumm. “Maga a kísérlet lehet, hogy teljes kudarc volt, de amit ebből tanultunk, az nagyobb áldás volt az emberiség számára és a világegyetem megértése, mint bármely siker lett volna!,”

Einstein és a speciális relativitáselmélet

1905-ben Albert Einstein írta első dolgozatát a speciális relativitásról. Ebben megállapította, hogy a fény ugyanolyan sebességgel halad, függetlenül attól, hogy a megfigyelő milyen gyorsan mozog. Még a lehető legpontosabb mérések alkalmazásával is, a fénysebesség ugyanaz marad egy olyan megfigyelő számára, aki még mindig a Föld felszínén áll, mint egy szuperszonikus sugárban a felszíne felett., Hasonlóképpen, annak ellenére, hogy a Föld kering a Nap körül, amely maga is a Tejút körül mozog, amely egy űrben utazó galaxis, a napunkból érkező fény mért sebessége ugyanaz lenne, függetlenül attól, hogy a galaxisban vagy azon kívül állt-e annak kiszámításához. Einstein kiszámította, hogy a fény sebessége nem változik az idő vagy a hely függvényében.

bár a fénysebességet gyakran az univerzum sebességkorlátozásának nevezik, az univerzum valójában még gyorsabban bővül., Paul Sutter asztrofizikus szerint az univerzum megaparsecenként nagyjából 68 kilométer / másodperc sebességgel bővül, ahol egy megaparsec 3, 26 millió fényév (erről később bővebben). Tehát úgy tűnik, hogy egy galaxis 1 megaparsec távol van a Tejútrendszertől 68 km/s sebességgel, míg egy galaxis két megaparsecs távolodik 136 km / s sebességgel stb.

“egy bizonyos ponton, bizonyos távolságra, a sebesség a mérleg fölé hajlik, és meghaladja a fénysebességet, mindezt a tér természetes, rendszeres terjeszkedéséből” – írta Sutter.,

elmagyarázta, hogy míg a speciális relativitás abszolút sebességkorlátozást biztosít, az általános relativitáselmélet szélesebb távolságokat tesz lehetővé.

“egy galaxis a világegyetem túlsó oldalán? Ez az általános relativitáselmélet területe, az általános relativitáselmélet pedig azt mondja: kit érdekel! Annak a galaxisnak bármilyen sebessége lehet, amit csak akar, mindaddig, amíg távol marad, és nem az arcod mellett ” – írta.

” a speciális relativitáselméletet nem érdekli a távoli galaxis sebessége — vagy más módon—. És neked sem kellene.”

mi a fényév?,

a távolsági fény egy év alatt halad, fényévnek nevezik. A fényév mind az idő, mind a távolság mértéke. Nem olyan nehéz megérteni, mint amilyennek látszik. Gondolj rá így: a fény körülbelül 1 másodperc alatt halad a Holdról a szemünkre, ami azt jelenti, hogy a hold körülbelül 1 fénymásodpercnyire van. A napfény körülbelül 8 percet vesz igénybe, hogy elérje a szemünket, így a nap körülbelül 8 fény perc alatt elérhető. A legközelebbi csillagrendszer, az Alpha Centauri fénye nagyjából 4,3 évre van szüksége ahhoz, hogy ideérjen, így a csillagrendszer állítólag 4,3 fényévnyire van.,

“ahhoz, Hogy egy ötlet a méret a fény-évig, a Föld kerülete (24,900 km), őszinte, egyenes vonalban, szorozza meg a hossza a vonal által 7.5 (a megfelelő távolság van egy fény-második), majd helyezze 31.6 millió hasonló sorokat, hogy” a NASA Glenn Kutatási központ, – írja honlapján. “A kapott távolság közel 6 billió (6,000,000,000,000) mérföld!”

a csillagok és a Naprendszeren kívüli egyéb tárgyak bárhol, néhány fényévtől néhány milliárd fényévre fekszenek., Így, amikor a csillagászok olyan tárgyakat tanulmányoznak, amelyek fényévnyire vagy annál távolabb fekszenek, úgy látják, hogy abban az időben létezett, amikor a fény elhagyta, nem úgy, mint amilyennek látszik, ha ma a felszín közelében állnak. Ebben az értelemben minden, amit a távoli univerzumban látunk, szó szerint történelem.

Ez az elv lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy lássák, hogyan nézett ki az univerzum a körülbelül 13, 8 milliárd évvel ezelőtt bekövetkezett Nagy Bumm után., Olyan tárgyakat vizsgálva, amelyek mondjuk 10 milliárd fényévnyire vannak, úgy látjuk őket, ahogy 10 milliárd évvel ezelőtt néztek ki, viszonylag röviddel az univerzum kezdete után, nem pedig a mai megjelenésük után.

a fénysebesség valóban állandó?

a fény hullámokban halad, és a hanghoz hasonlóan lassítható attól függően, hogy mit halad át. Semmi sem ürítheti ki a fényt vákuumban. Ha azonban egy régió bármilyen anyagot, akár port is tartalmaz, a fény meghajolhat, amikor a részecskékkel érintkezik, ami a sebesség csökkenését eredményezi.,

A Föld légkörén áthaladó fény majdnem olyan gyorsan mozog, mint a fény vákuumban, míg a gyémánton áthaladó fény kevesebb, mint a sebesség felére lassul. Mégis, ez áthalad a gem több mint 277 millió mph (majdnem 124.000 km/s) – nem a sebesség gúnyolódás.

tudunk gyorsabban utazni, mint a fény?

a sci-fi szeret spekulálni erről, mert a” warp speed”, mivel a fénynél gyorsabb utazás népszerűen ismert, lehetővé tenné számunkra, hogy a csillagok között utazzunk időkeretben, egyébként hihetetlenül hosszú ideig., És bár ez nem bizonyult lehetetlennek, a fénynél gyorsabb utazás praktikussága miatt az ötlet elég messze van.

Einstein általános relativitáselmélete szerint, mivel egy tárgy gyorsabban mozog, tömege növekszik, miközben hossza összehúzódik. A fénysebességnél egy ilyen objektum végtelen tömegű,míg hossza 0-lehetetlen. Így egyetlen tárgy sem érheti el a fény sebességét, az elmélet megy.

Ez nem akadályozza meg a teoretikusokat abban, hogy kreatív és versengő elméleteket javasoljanak., A térsebesség gondolata nem lehetetlen, egyesek szerint, és talán a következő generációkban az emberek úgy ugrálnak majd a csillagok között, ahogy manapság a városok között utazunk. Az egyik javaslat egy űrhajót foglalna magában, amely egy tér-idő buborékot hajtogathat maga körül a fénysebesség túllépése érdekében. Jól hangzik, elméletben.,

“Ha Kirk kapitányt arra kényszerítenék, hogy a leggyorsabb rakétáink sebességével mozogjon, százezer évig tartana, csak hogy eljusson a következő csillagrendszerhez” – mondta Seth Shostak, a földönkívüli intelligencia (SETI) Intézet csillagásza a Mountain View-ban, Kalifornia., egy 2010-es interjúban Space.com ” s nővér oldalon LiveScience. “Tehát a sci-fi már régóta megfogalmazta a módját, hogy legyőzze a fénysorompó sebességét, hogy a történet egy kicsit gyorsabban mozoghasson.”