Šviesa juda per visatą greičiu, kurį gali išmatuoti astronomai. Tiesą sakant, šviesos greitis yra kosminis greičio ribojimas, ir nieko nėra žinoma, kad judėtų greičiau. Kaip greitai juda šviesa? Šią ribą galima išmatuoti ir ji taip pat padeda apibrėžti mūsų supratimą apie Visatos dydį ir amžių.
Kas yra šviesa: banga ar dalelė?
Šviesa juda greitai, esant 299, 792, 458 metrų per sekundę greičiui. Kaip ji tai gali padaryti? Norėdami tai suprasti, naudinga žinoti, kas iš tikrųjų yra šviesa, ir tai iš esmės yra XX amžiaus atradimas.
Šviesos prigimtis šimtmečius buvo didžiulė paslaptis. Mokslininkams buvo sunku suvokti jos bangos ir dalelių prigimtį. Jei tai buvo banga, kas ją skleidė? Kodėl atrodė, kad važiuojama tuo pačiu greičiu visomis kryptimis? O ką šviesos greitis gali mums pasakyti apie kosmosą? Tik Albertas Einšteinas aprašė šią teoriją ypatingas reliatyvumas 1905 m. visa tai buvo dėmesio centre. Einšteinas teigė, kad erdvė ir laikas buvo santykinai ir kad šviesos greitis buvo konstanta, jungianti abu.
Koks yra šviesos greitis?
Dažnai teigiama, kad šviesos greitis yra pastovus ir kad niekas negali keliauti greičiau nei šviesos greitis. Taip nėra visiškai tikslus. 299 792 458 metrų per sekundę (186 282 mylių per sekundę) vertė yra šviesos greitis vakuume. Tačiau šviesa iš tikrųjų sulėtėja, kai ji praeina per skirtingas laikmenas. Pavyzdžiui, kai jis juda per stiklą, jis vakuume sumažėja iki maždaug dviejų trečdalių greičio. Net ore, kuris yra beveik vakuumas, šviesa šiek tiek sulėtėja. Judėdamas per kosmosą, jis susiduria su dujų ir dulkių debesimis, taip pat su gravitaciniais laukais, kurie gali šiek tiek pakeisti greitį. Dujų ir dulkių debesys taip pat sugeria dalį šviesos pro ją.
Šis reiškinys susijęs su šviesos prigimtimi, kuri yra elektromagnetinė banga. Skleidžiantis medžiagai, jo elektriniai ir magnetiniai laukai „trikdo“ įkrautas daleles, su kuriomis ji liečiasi. Dėl šių trikdžių dalelės spinduliuoja šviesą tuo pačiu dažniu, bet su fazės poslinkiu. Visų šių „trikdžių“ metu susidariusių bangų suma lems elektromagnetines bangas, kurių dažnis yra toks pats kaip pradinės šviesos, tačiau trumpesnis, o bangos ilgesnis, taigi ir lėtesnis.
Įdomu tai, kad greitai, kai šviesa juda, jos kelią galima sulenkti, einant per erdvės regionus, kuriuose yra intensyvūs gravitaciniai laukai. Tai gana nesunkiai galima pastebėti galaktikų klasteriuose, kuriuose yra daug materijos (įskaitant tamsiąją medžiagą), kuri sulaiko šviesos kelią nuo labiau nutolusių objektų, tokių kaip kvazarus.
Žaibo greitis ir gravitaciniai bangos
Dabartinės fizikos teorijos prognozuoja, kad gravitacinės bangos taip pat sklinda šviesos greičiu, tačiau tai vis dar yra tai patvirtina mokslininkai, tirdami gravitacinių bangų, kylančių iš juodųjų skylių ir neutronų, fenomeną žvaigždės. Priešingu atveju nėra jokių kitų objektų, kurie taip greitai keliautų. Teoriškai jie gali gauti arti šviesos greičiu, bet ne greičiau.
Viena išimtis gali būti pats erdvės laikas. Atrodo, kad tolima galaktikos tolsta nuo mūsų greičiau nei šviesos greitis. Tai „problema“, kurią mokslininkai vis dar bando suprasti. Tačiau viena įdomių to pasekmių yra ta, kad kelionių sistema, paremta idėja metmenų pavara. Taikant tokią technologiją, erdvėlaivis yra ramybėje, palyginti su kosmosu, ir tai iš tikrųjų yra erdvė kuris juda kaip banglentininkas, važiuojantis banga vandenyne. Teoriškai tai gali leisti keliauti superluminaliai. Be abejo, yra ir kitų praktinių bei technologinių apribojimų, tačiau tai įdomi mokslinės fantastikos idėja, sulaukianti šiokio tokio mokslo susidomėjimo.
Kelionių laikai šviesai
Vienas iš klausimų, kurį astronomai gauna iš visuomenės narių, yra toks: „kiek laiko prireiktų šviesai išvykti objektas X į objektą Y? “Šviesa suteikia jiems labai tikslų būdą išmatuoti visatos dydį apibrėžiant atstumai. Čia pateikiami keli įprasti atstumo matavimai:
- Žemė į Mėnulį: 1.255 sek
- Saulė į žemę: 8,3 minutės
- Mūsų Saulė iki artimiausios žvaigždės: 4,24 metai
- Visoje mūsų paukščių takas galaktika: 100 000 metų
- Iki artimiausio spiralinė galaktika (Andromeda): 2,5 milijono metų
- Stebimos ribos visata į Žemę: 13,8 milijardo metų
Įdomu tai, kad yra objektų, kurių nematome mūsų galimybės pamatyti vien todėl, kad visata plečiasi, o kai kurie yra „virš horizonto“, kurio mes negalime pamatyti. Jie niekada nepateks į mūsų požiūrį, nesvarbu, kaip greitai keliauja jų šviesa. Tai yra vienas iš patrauklių gyvenimo besiplečiančioje visatoje padarinių.
Redaguota Carolyn Collins Petersen