prędkość światła w próżni wynosi 186 282 mil na sekundę (299 792 kilometrów na sekundę) i teoretycznie nic nie może podróżować szybciej niż światło. W milach na godzinę prędkość światła jest, cóż, dużo: około 670 616 629 mph. Gdybyś mógł podróżować z prędkością światła, mógłbyś okrążyć ziemię 7,5 razy w ciągu jednej sekundy.

wczesni naukowcy, niezdolni do postrzegania Ruchu Światła, uważali, że musi ono podróżować natychmiast. Z czasem jednak pomiary ruchu tych falopodobnych cząstek stawały się coraz dokładniejsze., Dzięki pracy Alberta Einsteina i innych, teraz rozumiemy prędkość światła jako teoretyczną granicę: prędkość światła-stała zwana ” c ” – jest uważana za nieosiągalną dla niczego o masie, z powodów wyjaśnionych poniżej. To nie powstrzymuje pisarzy sci-fi, a nawet bardzo poważnych naukowców, od wymyślania alternatywnych teorii, które pozwoliłyby na strasznie szybkie podróże po wszechświecie.,

prędkość światła: Historia teorii

pierwszy znany dyskurs na temat prędkości światła pochodzi od starożytnego greckiego filozofa Arystotelesa, który napisał swoją niezgodę z innym greckim naukowcem, Empedokles. Empedokles twierdził, że ponieważ światło się porusza, podróż musi zająć trochę czasu. Arystoteles, wierząc, że światło podróżuje natychmiast, nie zgodził się.

w 1667 roku włoski astronom Galileo Galilei stanął na wzgórzach oddalonych od siebie dwie osoby, z których każda trzymała ekranowaną latarnię. Jeden odsłonił swoją latarnię; gdy drugi zobaczył błysk, odkrył również swoją., Obserwując, jak długo zajęło światło widziane przez pierwszego posiadacza latarni (i biorąc pod uwagę czasy reakcji), pomyślał, że może obliczyć prędkość światła. Niestety, eksperymentalna odległość Galileusza wynosząca mniej niż milę była zbyt mała, aby dostrzec różnicę, więc mógł tylko stwierdzić, że światło podróżowało co najmniej 10 razy szybciej niż dźwięk.

w 1670 roku duński astronom Ole Römer wykorzystał zaćmienia Księżyca Jowisza Io jako chronometr prędkości światła, kiedy dokonał pierwszego rzeczywistego pomiaru prędkości., W ciągu kilku miesięcy, gdy Io minęła za gigantyczną gazową planetą, Römer odkrył, że zaćmienia przyszły później niż przewidywano, chociaż w ciągu kilku miesięcy zbliżyły się do przewidywań. Ustalił, że światło potrzebuje czasu, aby podróżować z Io na Ziemię. Zaćmienia były najbardziej opóźnione, gdy Jowisz i ziemia były najdalej od siebie, i były zgodnie z harmonogramem, gdy były bliżej.

według NASA „dało to römerowi przekonujący dowód, że światło rozprzestrzenia się w przestrzeni z pewną prędkością.,”

stwierdził, że światło zajęło 10 do 11 minut, aby podróżować ze słońca na Ziemię, przeszacowanie, ponieważ w rzeczywistości trwa osiem minut i 19 sekund. Ale w końcu naukowcy mieli z czym pracować — jego obliczenia przedstawiały prędkość 125 000 mil na sekundę (200 000 km/s).

w 1728 roku angielski fizyk James Bradley oparł swoje obliczenia na zmianie pozornej pozycji gwiazd w wyniku podróży ziemi wokół Słońca. Prędkość światła wynosiła 185 000 mil na sekundę( 301 000 km / S), z dokładnością do około 1%.,

dwie próby w połowie XIX wieku sprowadziły problem z powrotem na Ziemię. Francuski fizyk Hippolyte Fizeau ustawił wiązkę światła na szybko obracającym się kole zębatym, z lustrem ustawionym w odległości 5 mil, aby odbić je z powrotem do źródła. Zmiana prędkości koła pozwoliła Fizeau obliczyć, ile czasu zajęło światło wychodzące z otworu, do sąsiedniego lustra i z powrotem przez szczelinę. Inny francuski fizyk, Leon Foucault, używał obrotowego lustra zamiast koła. Dwie niezależne metody osiągały prędkość około 1000 mil na sekundę mierzonej dzisiaj prędkości światła.,

urodzony w Prusach Albert Michelson, który dorastał w Stanach Zjednoczonych, próbował replikować metodę Foucaulta w 1879 roku, ale używał większej odległości, a także wyjątkowo wysokiej jakości luster i soczewek. Jego wynik 186 355 mil na sekundę (299 910 km / S) został uznany za najdokładniejszy pomiar prędkości światła od 40 lat, kiedy Michelson ponownie go zmierzył.

interesującym przypisem do eksperymentu Michelsona było to, że próbował on wykryć medium, przez które przechodziło światło, zwane eterem luminodymowym. Zamiast tego, jego eksperyment ujawnił, że eter nie istnieje.,

„eksperyment — i praca Michelsona — były tak rewolucyjne, że stał się jedyną osobą w historii, która otrzymała Nagrodę Nobla za bardzo dokładne Nie odkrycie niczego”, napisał astrofizyk Ethan Siegal na blogu naukowym Forbes, zaczyna się z hukiem. „Sam eksperyment mógł być kompletną porażką, ale to, czego się z niego nauczyliśmy, było większym dobrodziejstwem dla ludzkości i naszego zrozumienia wszechświata niż jakikolwiek sukces!,”

Einstein i szczególna teoria względności

w 1905 roku Albert Einstein napisał swoją pierwszą pracę na temat szczególnej teorii względności. W nim ustalił, że światło porusza się z tą samą prędkością bez względu na to, jak szybko porusza się obserwator. Nawet przy użyciu najbardziej precyzyjnych pomiarów prędkość światła pozostaje taka sama dla obserwatora stojącego nieruchomo na powierzchni Ziemi, jak dla podróżującego naddźwiękowym strumieniem nad jej powierzchnią., Podobnie, nawet jeśli Ziemia krąży wokół Słońca, które samo porusza się wokół Drogi Mlecznej, która jest galaktyką podróżującą w przestrzeni, zmierzona prędkość światła pochodzącego od naszego Słońca byłaby taka sama, niezależnie od tego, czy ktoś stał wewnątrz lub na zewnątrz galaktyki, aby ją obliczyć. Einstein obliczył, że prędkość światła nie zmienia się w zależności od czasu i miejsca.

chociaż prędkość światła jest często określana jako ograniczenie prędkości wszechświata, wszechświat rozszerza się jeszcze szybciej., Według astrofizyka Paula Suttera wszechświat rozszerza się z prędkością około 68 kilometrów na sekundę na megaparseku, gdzie megaparseku jest 3,26 miliona lat świetlnych (więcej o tym później). Tak więc galaktyka oddalona o 1 megaparsec wydaje się oddalać od Drogi Mlecznej z prędkością 68 km/s, podczas gdy galaktyka oddalona o 2 megaparsec ustępuje z prędkością 136 km/S itd.

„w pewnym momencie, w pewnej nieprzyzwoitej odległości, prędkość przechyla się nad skalą i przekracza prędkość światła, wszystko z naturalnej, regularnej ekspansji przestrzeni” – napisał Sutter.,

wyjaśnił, że podczas gdy szczególna teoria względności zapewnia absolutne ograniczenie prędkości, ogólna teoria względności pozwala na szersze odległości.

„galaktyka po drugiej stronie wszechświata? To domena ogólnej teorii względności, a ogólna teoria względności mówi: kogo to obchodzi! Ta galaktyka może mieć dowolną prędkość, o ile jest daleko, a nie obok twojej twarzy ” – napisał.

„szczególna teoria względności nie dba o prędkość — superluminalną lub inną — odległej galaktyki. Ty też nie powinieneś.”

Co to jest rok świetlny?,

odległość światła pokonywana w ciągu roku nazywana jest rokiem świetlnym. Rok świetlny jest miarą czasu i odległości. Nie jest to tak trudne do zrozumienia, jak się wydaje. Pomyśl o tym w ten sposób: światło przemieszcza się z księżyca do naszych oczu w około 1 sekundę, co oznacza, że Księżyc znajduje się w odległości około 1 sekundy świetlnej. Światło słoneczne zajmuje około 8 minut, aby dotrzeć do naszych oczu, więc słońce znajduje się około 8 minut świetlnych. Światło z najbliższego układu gwiezdnego, Alfa Centauri, potrzebuje około 4,3 roku, aby się tu dostać, więc mówi się, że układ gwiezdny jest oddalony o 4,3 roku świetlnego.,

„aby uzyskać wyobrażenie o wielkości roku świetlnego, weź obwód Ziemi (24 900 mil), ułóż ją w linii prostej, pomnóż długość linii przez 7,5 (odpowiadająca jej odległość to jedna sekunda świetlna), a następnie umieść 31,6 miliona podobnych linii od końca do końca”, pisze na swojej stronie internetowej Glenn Research center NASA. „Uzyskany dystans to prawie 6 bilionów (6 000 000 000 000) mil!”

gwiazdy i inne obiekty poza naszym Układem Słonecznym leżą w odległości od kilku lat świetlnych do kilku miliardów lat świetlnych., Tak więc, kiedy astronomowie badają obiekty oddalone o rok świetlny lub więcej, widzą je tak, jak istniały w czasie, gdy światło je opuściło, a nie tak, jak mogłoby się wydawać, gdyby stały w pobliżu jego powierzchni. W tym sensie wszystko, co widzimy w odległym wszechświecie, jest dosłownie historią.

zasada ta pozwala astronomom zobaczyć, jak wyglądał wszechświat po Wielkim Wybuchu, który miał miejsce około 13,8 miliarda lat temu., Badając obiekty, które są, powiedzmy, 10 miliardów lat świetlnych stąd, widzimy je tak, jak wyglądały 10 miliardów lat temu, stosunkowo niedługo po rozpoczęciu wszechświata, a nie tak, jak wyglądają dzisiaj.

czy prędkość światła jest naprawdę stała?

światło przemieszcza się falami i, podobnie jak dźwięk, może być spowolnione w zależności od tego, przez co podróżuje. Nic nie może wyprzedzić światła w próżni. Jeśli jednak obszar zawiera jakąkolwiek materię, nawet pył, światło może zginać się w kontakcie z cząsteczkami, co powoduje spadek prędkości.,

światło podróżujące przez ziemską atmosferę porusza się prawie tak szybko jak światło w próżni, podczas gdy światło przechodzące przez diament jest spowolnione do mniej niż połowy prędkości. Mimo to podróżuje przez gem z prędkością ponad 277 milionów km / h (prawie 124 000 km/s) — nie jest to prędkość, z której można się szydzić.

czy możemy podróżować szybciej niż światło?

Science fiction uwielbia spekulować na ten temat, ponieważ „prędkość warp”, jak powszechnie znane są Podróże szybsze niż światło, pozwoliłaby nam podróżować między gwiazdami w ramach czasowych, w przeciwnym razie niemożliwie długich., I chociaż nie udowodniono, że jest to niemożliwe, praktyczność podróżowania szybciej niż światło sprawia, że pomysł jest dość farfetched.

zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, gdy obiekt porusza się szybciej, jego masa wzrasta, a jego długość kurczy się. Przy prędkości światła taki obiekt ma nieskończoną masę, podczas gdy jego długość wynosi 0-niemożliwość. Tak więc żaden obiekt nie może osiągnąć prędkości światła, teoria idzie.

to nie przeszkadza teoretykom w proponowaniu twórczych i konkurencyjnych teorii., Idea prędkości warp nie jest niemożliwa, niektórzy mówią, i być może w przyszłych pokoleniach ludzie będą skakać między gwiazdami tak, jak my podróżujemy między miastami. Jedna z propozycji dotyczyłaby statku kosmicznego, który mógłby złożyć bańkę czasoprzestrzenną wokół siebie, aby przekroczyć prędkość światła. Teoretycznie brzmi świetnie.,

„gdyby Kapitan Kirk był zmuszony do poruszania się z prędkością naszych najszybszych rakiet, zajęłoby mu sto tysięcy lat, aby dostać się do następnego układu gwiezdnego”, powiedział Seth Shostak, astronom w Instytucie Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) w Mountain View, Kalifornia., w wywiadzie z 2010 roku z Space.com siostrzana strona LiveScience. „Science fiction od dawna postuluje sposób na pokonanie prędkości bariery świetlnej, aby historia mogła poruszać się trochę szybciej.”