Sužinokite apie tikrąjį šviesos greitį ir jo naudojimą
Roberto Moiola / „Sysaworld“ / „Getty Images“.
Šviesa per visatą juda didžiausiu greičiu, kurį gali išmatuoti astronomai. Tiesą sakant, šviesos greitis yra kosminis greičio apribojimas, ir nėra žinoma, kad niekas galėtų judėti 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 sklinda greitai, 299, 792, 458 metrų per sekundę greičiu. Kaip tai gali padaryti? Norint tai suprasti, naudinga žinoti, kas iš tikrųjų yra šviesa, ir tai daugiausia yra XX amžiaus atradimas.
Šviesos prigimtis šimtmečius buvo didžiulė paslaptis. Mokslininkams buvo sunku suvokti jo bangos ir dalelių prigimtį. Jei tai buvo banga, per ką ji sklinda? Kodėl atrodė, kad jis visomis kryptimis važiuoja vienodu greičiu? Ir ką šviesos greitis gali pasakyti apie kosmosą? Tik Albertas Einšteinas aprašė šią teoriją specialusis reliatyvumas 1905 m. visa tai atsidūrė dėmesio centre. Einšteinas teigė, kad erdvė ir laikas yra santykiniai ir kad šviesos greitis yra konstanta, jungianti juos abu.
Kas yra šviesos greitis?
Dažnai teigiama, kad šviesos greitis yra pastovus ir niekas negali judėti greičiau nei šviesos greitis. Tai ne visiškai tikslūs. 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, vakuume jis sulėtėja iki maždaug dviejų trečdalių greičio. Net ore, o tai yra beveik vakuumas, šviesa šiek tiek sulėtėja. Judėdamas erdvėje 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, kai ji praeina.
Šis reiškinys yra susijęs su šviesos prigimtimi, kuri yra elektromagnetinė banga. Kai jis plinta per medžiagą, jo elektriniai ir magnetiniai laukai „sutrikdo“ įkrautas daleles, su kuriomis ji liečiasi. Dėl šių trikdžių dalelės spinduliuoja šviesą tuo pačiu dažniu, bet su fazės poslinkiu. Visų šių „trikdžių“ sukeliamų bangų suma sukels elektromagnetinę bangą, kurios dažnis bus toks pat kaip ir pradinė šviesa, bet trumpesnio bangos ilgio, taigi ir lėtesnio greičio.
Įdomu tai, kad taip greitai, kaip juda šviesa, jos kelias gali būti išlenktas, einant pro erdves, kuriose yra intensyvūs gravitaciniai laukai. Tai gana lengvai pastebima galaktikų spiečiuose, kuriuose yra daug medžiagos (įskaitant tamsiąją medžiagą), kuri iškreipia šviesos kelią iš tolimesnių objektų, tokių kaip kvazarai.
Gravitacinis lęšis ir kaip jis veikia. Šviesa iš tolimo objekto praeina pro arčiau esantį objektą stipria gravitacine trauka. Šviesa yra sulenkta ir iškraipoma, todėl sukuriami tolimesnio objekto „vaizdai“. NASA
Šviesos greitis ir gravitacinės bangos
Dabartinės fizikos teorijos numato, kad gravitacinės bangos taip pat sklinda šviesos greičiu, tačiau tai vis dar patvirtinama, kai mokslininkai tiria gravitacinių bangų reiškinį, atsirandantį dėl juodųjų skylių ir neutroninių žvaigždžių susidūrimo. Priešingu atveju nėra kitų objektų, kurie taip greitai keliauja. Teoriškai jie gali gauti arti šviesos greičiu, bet ne greičiau.
Viena išimtis gali būti pats erdvėlaikis. Atrodo, kad toli galaktikos tolsta nuo mūsų greičiau nei šviesos greitis. Tai „problema“, kurią mokslininkai vis dar bando suprasti. Tačiau viena įdomi to pasekmė yra ta, kad kelionių sistema, pagrįsta idėja a metmenų pavara . Taikant tokią technologiją, erdvėlaivis yra ramybėje erdvės atžvilgiu ir iš tikrųjų yra erdvė kuris juda kaip banglentininkas, plaukiantis banga vandenyne. Teoriškai tai gali leisti keliauti itin šviesiai. Žinoma, yra ir kitų praktinių ir technologinių apribojimų, kurie trukdo, tačiau tai įdomi mokslinės fantastikos idėja, kuri sulaukia mokslinio susidomėjimo.
Kelionės laikas šviesai
Vienas iš klausimų, kurį astronomai sulaukia iš visuomenės narių, yra: „Kiek laiko užtruktų šviesa, kad iš objekto X į objektą Y? Šviesa suteikia jiems labai tikslų būdą išmatuoti visatos dydį nustatant atstumus. Štai keletas įprastų atstumo matavimų:
Įdomu tai, kad yra objektų, kurių nematome vien todėl, kad visata plečiasi, o kai kurie yra „už horizonto“, už kurių mes nematome. Jie niekada nepateks į mūsų akiratį, kad ir kaip greitai skleistų jų šviesa. Tai vienas iš žavingų gyvenimo besiplečiančioje visatoje padarinių.
RedaguotaCarolyn Collins Petersen