ljusets hastighet i vakuum är 186,282 miles per sekund (299,792 kilometer per sekund), och i teorin kan ingenting resa snabbare än ljuset. I miles per timme är ljushastigheten mycket: ca 670,616,629 mph. Om du kunde resa med ljusets hastighet, kan du gå runt jorden 7,5 gånger på en sekund.

tidiga forskare, som inte kan uppfatta ljusets rörelse, trodde att det måste resa omedelbart. Med tiden blev mätningar av rörelsen hos dessa vågliknande partiklar mer och mer exakta., Tack vare Albert Einsteins och andras arbete förstår vi nu ljushastigheten att vara en teoretisk gräns: ljushastigheten — en konstant kallad ”c” — tros inte vara uppnåelig av något med massa, av skäl som förklaras nedan. Det hindrar inte sci-fi-författare, och även några mycket seriösa forskare, från att föreställa sig alternativa teorier som skulle möjliggöra några väldigt snabba resor runt universum.,

ljusets hastighet: teoriens historia

den första kända diskursen om ljusets hastighet kommer från den antika grekiska filosofen Aristoteles, som skrev sin oenighet med en annan grekisk forskare, Empedocles. Empedocles hävdade att eftersom ljus flyttas, måste det ta tid att resa. Aristoteles, troende ljus att resa omedelbart, höll inte med.

år 1667 stod den italienska astronomen Galileo Galilei två personer på kullar mindre än en mil från varandra, som var och en höll en skärmad lykta. En avslöjade sin lykta; när den andra såg blixten upptäckte han också sin., Genom att observera hur lång tid det tog för ljuset att ses av den första lykthållaren (och factoring ut reaktionstider) trodde han att han kunde beräkna ljusets hastighet. Tyvärr var Galileos experimentella avstånd på mindre än en mil för litet för att se en skillnad, så han kunde bara bestämma att ljuset reste minst 10 gånger snabbare än ljudet.

på 1670-talet använde den danska astronomen Ole Römer förmörkelser av Jupiters måne, Io, som en kronometer för ljusets hastighet när han gjorde den första verkliga mätningen av hastigheten., Under loppet av flera månader, när Io passerade bakom den gigantiska gasplaneten, fann Römer att förmörkelserna kom senare än beräkningarna förväntades, även om de under flera månader närmade sig förutsägelserna. Han bestämde att ljuset tog tid att resa från Io till jorden. Förmörkelser släpade mest när Jupiter och jorden var längst ifrån varandra, och var på schemat som de var närmare.

enligt NASA, ”som gav Römer övertygande bevis på att ljuset sprids i rymden med en viss hastighet.,”

han drog slutsatsen att ljuset tog 10 till 11 minuter att resa från solen till jorden, en överskattning eftersom det faktiskt tar åtta minuter och 19 sekunder. Men till sist hade forskare ett nummer att arbeta med-hans beräkning presenterade en hastighet på 125 000 miles per sekund (200 000 km/s).

år 1728 grundade den engelska fysikern James Bradley sina beräkningar på förändringen i Stjärnornas uppenbara position på grund av jordens resor runt solen. Han satte ljusets hastighet vid 185,000 miles per sekund (301,000 km/s), exakt inom ca 1 procent.,

två försök i mitten av 1800-talet tog problemet tillbaka till jorden. Den franska fysikern Hippolyte Fizeau satte en ljusstråle på ett snabbt roterande tandhjul, med en spegel inställd 5 miles away för att reflektera den tillbaka till källan. Variera hastigheten på hjulet tillät Fizeau att beräkna hur lång tid det tog för ljuset att resa ut ur hålet, till den intilliggande spegeln, och tillbaka genom gapet. En annan fransk fysiker, Leon Foucault, använde en roterande spegel snarare än ett hjul. De två oberoende metoderna var och en kom inom ca 1,000 miles per sekund av ljusets hastighet mätt idag.,

preussiska födda Albert Michelson, som växte upp i USA, försökte replikera Foucaults metod 1879, men använde ett längre avstånd, liksom extremt högkvalitativa speglar och linser. Hans resultat av 186,355 miles per sekund (299,910 km/s) accepterades som den mest exakta mätningen av ljusets hastighet i 40 år, när Michelson mätte den igen.

en intressant fotnot till Michelsons experiment var att han försökte upptäcka mediet som ljuset reste genom, kallad luminiferous aether. Istället avslöjade hans experiment att aether inte existerade.,

”experimentet — och Michelsons verk — var så revolutionerande att han blev den enda personen i historien att ha vunnit ett Nobelpris för en mycket exakt icke-upptäckt av någonting”, skrev astrofysiker Ethan Siegal i Forbes science blog, börjar med ett slag. ”Experimentet i sig kan ha varit ett fullständigt misslyckande, men vad vi lärde oss av det var en större välsignelse för mänskligheten och vår förståelse av universum än någon framgång skulle ha varit!,”

Einstein och speciell relativitet

1905 skrev Albert Einstein sitt första papper om speciell relativitet. I det fastställde han att ljuset färdas i samma hastighet oavsett hur snabbt observatören rör sig. Även med de mest exakta mätningarna är ljusets hastighet densamma för en observatör som står stilla på jordens yta som den gör för en resa i en supersonisk stråle ovanför dess yta., På samma sätt, även om jorden kretsar kring solen, som i sig rör sig runt Vintergatan, som är en galax som reser genom rymden, skulle den uppmätta ljushastigheten som kommer från vår sol vara densamma oavsett om man stod inuti eller utanför galaxen för att beräkna den. Einstein beräknade att ljusets hastighet inte varierar med tid eller plats.

även om ljusets hastighet ofta kallas universums hastighetsgräns, expanderar universum faktiskt ännu snabbare., Enligt astrofysiker Paul Sutter expanderar universum på ungefär 68 kilometer per sekund per megaparsec, där en megaparsec är 3,26 miljoner ljusår (mer om det senare). Så en galax 1 megaparsec bort verkar resa bort från Vintergatan med en hastighet av 68 km/s, medan en galax två megaparsecs bort avtar vid 136 km / s, och så vidare.

”Vid något tillfälle, på något obscent avstånd, spetsar hastigheten över skalorna och överstiger ljusets hastighet, allt från den naturliga, regelbundna expansionen av rymden”, skrev Sutter.,

han fortsatte med att förklara att, medan speciell relativitet ger en absolut hastighetsgräns, tillåter allmän relativitet bredare avstånd.

” en galax på den bortre sidan av universum? Det är domänen för allmän relativitet, och allmän relativitet säger: Vem bryr sig! Den galaxen kan ha vilken hastighet den vill, så länge den stannar långt borta, och inte bredvid ditt ansikte”, skrev han.

”speciell relativitet bryr sig inte om hastigheten — superluminal eller på annat sätt — hos en avlägsen galax. Och inte du heller.”

vad är ett ljusår?,

distansljuset färdas under ett år kallas ett ljusår. Ett ljusår är ett mått på både tid och avstånd. Det är inte så svårt att förstå som det verkar. Tänk på det här sättet: ljuset färdas från månen till våra ögon på ca 1 sekund, vilket innebär att månen är ca 1 ljus sekund bort. Solljus tar ca 8 minuter att nå våra ögon, så solen är ca 8 ljus-minuter bort. Ljus från närmaste stjärnsystem, Alpha Centauri, kräver ungefär 4,3 år att komma hit, så att stjärnsystemet sägs vara 4,3 ljusår bort.,

” för att få en uppfattning om storleken på ett ljusår, ta jordens omkrets (24 900 miles), lägg ut det i en rak linje, multiplicera längden på linjen med 7,5 (motsvarande avstånd är en ljus sekund), placera sedan 31,6 miljoner liknande linjer slut till slut,” skriver NASA: s Glenn Research center på sin hemsida. ”Det resulterande avståndet är nästan 6 biljoner (6,000,000,000,000) miles !”

stjärnor och andra föremål bortom vårt solsystem ligger någonstans från några ljusår till några miljarder ljusår bort., När astronomer studerar objekt som ligger ett ljusår bort eller mer ser de det som fanns när ljuset lämnade det, inte som det skulle se ut om de stod nära dess yta idag. I den meningen är allt vi ser i det avlägsna universum bokstavligen historia.

denna princip gör det möjligt för astronomer att se hur universum som det såg efter Big Bang, som ägde rum för cirka 13,8 miljarder år sedan., Undersöka objekt som är, säg, 10 miljarder ljusår bort, vi ser dem som de såg 10 miljarder år sedan, relativt strax efter början av universum, snarare än hur de visas idag.

är ljusets hastighet verkligen konstant?

ljus färdas i vågor, och, som ljud, kan saktas beroende på vad det reser genom. Ingenting kan överträffa ljuset i ett vakuum. Men om en region innehåller något material, även damm, ljus kan böja när det kommer i kontakt med partiklarna, vilket resulterar i en minskning av hastigheten.,

ljus som färdas genom jordens atmosfär rör sig nästan lika snabbt som ljus i vakuum, medan ljus som passerar genom en diamant sänks till mindre än hälften av den hastigheten. Ändå reser den genom pärlan på över 277 miljoner mph (nästan 124,000 km/s) — inte en hastighet att scoff på.

kan vi resa snabbare än ljuset?

Science fiction älskar att spekulera om detta, eftersom ”varphastighet”, eftersom snabbare än ljus resor är populärt känt, skulle tillåta oss att resa mellan stjärnor i tidsramar annars omöjligt länge., Och medan det inte har visat sig vara omöjligt, gör praktiken att resa snabbare än ljuset idén ganska långsökt.

enligt Einsteins allmänna relativitetsteori, som ett objekt rör sig snabbare, ökar dess massa, medan dess längd kontraherar. Vid ljusets hastighet har ett sådant objekt en oändlig massa, medan dess längd är 0-en omöjlighet. Således kan inget föremål nå ljusets hastighet, teorin går.

det hindrar inte teoretiker från att föreslå kreativa och konkurrerande teorier., Tanken på varphastighet är inte omöjlig, vissa säger, och kanske i framtida generationer kommer människor att hoppa mellan stjärnor som vi reser mellan städer nuförtiden. Ett förslag skulle innebära ett rymdskepp som skulle kunna vika en rymdtidsbubbla runt sig för att överskrida ljusets hastighet. Låter bra i teorin.,

”om kapten Kirk var tvungen att flytta med hastigheten på våra snabbaste raketer, skulle det ta honom hundra tusen år bara för att komma till nästa stjärnsystem”, säger Seth Shostak, en astronom vid sökandet efter utomjordisk intelligens (SETI) Institute in Mountain View, Calif., i en intervju 2010 med Space.com s syster plats LiveScience. ”Så science fiction har länge postulerat ett sätt att slå ljusbarriärets hastighet så att historien kan röra sig lite snabbare.”