Światło porusza się we wszechświecie z największą prędkością, jaką astronomowie mogą zmierzyć. W rzeczywistości prędkość światła jest kosmicznym ograniczeniem prędkości i nic nie wiadomo, aby poruszało się szybciej. Jak szybko porusza się światło? Limit ten można zmierzyć, a także pomaga zdefiniować nasze rozumienie wielkości i wieku wszechświata.
Co to jest światło: fala lub cząstka?
Światło porusza się szybko, z prędkością 299, 792, 458 metrów na sekundę. Jak to zrobić? Aby to zrozumieć, warto wiedzieć, czym tak naprawdę jest światło, i jest to w dużej mierze odkrycie XX wieku.
Natura światła przez wieki była wielką tajemnicą. Naukowcy mieli problem z uchwyceniem pojęcia jego fali i cząstek. Jeśli to była fala, przez co się propagowała? Dlaczego wydawało się, że podróżuje z tą samą prędkością we wszystkich kierunkach? A co prędkość światła może nam powiedzieć o kosmosie? Dopiero Albert Einstein opisał tę teorię specjalna teoria względności w 1905 r. wszystko się skupiło. Einstein argumentował, że przestrzeń i czas są względne i że prędkość światła jest stałą łączącą te dwa.
Jaka jest prędkość światła?
Często mówi się, że prędkość światła jest stała i że nic nie może podróżować szybciej niż prędkość światła. To nie jest całkowicie dokładny. Wartość 299 792 458 metrów na sekundę (186 282 mil na sekundę) to prędkość światła w próżni. Jednak światło faktycznie zwalnia, gdy przechodzi przez różne media. Na przykład, gdy porusza się przez szkło, spowalnia do około dwóch trzecich prędkości w próżni. Nawet w powietrzu prawie próżnia, światło nieznacznie zwalnia. Poruszając się w przestrzeni, napotyka chmury gazu i pyłu, a także pola grawitacyjne, które mogą nieznacznie zmienić prędkość. Chmury gazu i pyłu pochłaniają również część przechodzącego światła.
Zjawisko to ma związek z naturą światła, które jest falą elektromagnetyczną. Gdy propaguje się przez materiał, jego pola elektryczne i magnetyczne „zakłócają” naładowane cząstki, z którymi się styka. Zakłócenia te powodują, że cząsteczki promieniują światłem o tej samej częstotliwości, ale z przesunięciem fazowym. Suma wszystkich tych fal wytworzonych przez „zakłócenia” doprowadzi do powstania fali elektromagnetycznej o tej samej częstotliwości co pierwotne światło, ale o krótszej długości fali, a zatem o wolniejszej prędkości.
Ciekawe, jak szybko światło się porusza, jego ścieżka może być zgięta, gdy przechodzi przez regiony w przestrzeni o intensywnych polach grawitacyjnych. Jest to dość łatwo widoczne w gromadach galaktyk, które zawierają dużo materii (w tym ciemnej materii), która wypacza ścieżkę światła z bardziej odległych obiektów, takich jak kwazary.
Prędkości światła i fale grawitacyjne
Obecne teorie fizyki przewidują, że fale grawitacyjne również przemieszczają się z prędkością światła, ale nadal tak jest potwierdzone, gdy naukowcy badają zjawisko fal grawitacyjnych od zderzających się czarnych dziur i neutronu gwiazdy. W przeciwnym razie nie ma innych obiektów, które podróżowałyby tak szybko. Teoretycznie mogą blisko prędkość światła, ale nie szybsza.
Jedynym wyjątkiem może być sama czasoprzestrzeń. Wydaje się to odległe galaktyki oddalają się od nas szybciej niż prędkość światła. Jest to „problem”, który naukowcy wciąż próbują zrozumieć. Jednak jedną z interesujących konsekwencji tego jest to, że system podróży oparty na idei napęd warp. W takiej technologii statek kosmiczny spoczywa w stosunku do przestrzeni kosmicznej i faktycznie tak jest przestrzeń porusza się jak surfer jeżdżący na fali na oceanie. Teoretycznie może to pozwolić na podróż nadświetlną. Oczywiście stoją na przeszkodzie inne praktyczne i technologiczne ograniczenia, ale jest to interesujący pomysł science fiction, który cieszy się zainteresowaniem naukowym.
Czas podróży dla światła
Jedno z pytań, które astronomowie otrzymują od społeczeństwa, brzmi: „jak długo zajęłoby mu światło obiekt X do obiektu Y? ”Światło daje im bardzo dokładny sposób pomiaru wielkości wszechświata poprzez zdefiniowanie odległości. Oto kilka typowych pomiarów odległości:
- Ziemia na Księżyc: 1,255 sekundy
- Słońce na Ziemię: 8,3 minuty
- Nasze Słońce do następnej najbliższej gwiazdy: 4,24 lat
- Po drugiej stronie droga Mleczna galaktyka: 100 000 lat
- Do najbliższego galaktyka spiralna (Andromeda): 2,5 miliona lat
- Granica obserwowalnego wszechświat Do ziemi: 13,8 miliarda lat
Co ciekawe, istnieją obiekty, które są poza naszą zdolnością widzenia po prostu dlatego, że Wszechświat rozszerza się, a niektóre znajdują się „za horyzontem”, poza którym nie możemy zobaczyć. Nigdy nas nie zobaczą, bez względu na to, jak szybko podróżują ich światła. Jest to jeden z fascynujących efektów życia w rozszerzającym się wszechświecie.
Edytowany przez Carolyn Collins Petersen