A fény az univerzumon mozog a csillagászok által mérhető leggyorsabb sebességgel. Valójában a fénysebesség kozmikus sebességkorlátozás, és semmi sem ismeri a gyorsabb mozgást. Mennyire gyorsan mozog a fény? Ez a határ mérhető és segít meghatározni a világegyetem méretének és korának megértését.
Mi a fény: hullám vagy részecske?
A fény gyorsan halad, másodpercenként 299, 792, 458 méter sebességgel. Hogyan lehet ezt megtenni? Ennek megértése érdekében hasznos tudni, mi a fény valójában, és ez nagyrészt egy 20. századi felfedezés.
A fény jellege évszázadok óta nagy rejtély volt. A tudósoknak nehezen tudták felfogni a hullám és a részecske természetét. Ha egy hullám volt, akkor mit terjesztett? Miért tűnt úgy, hogy minden irányban azonos sebességgel halad? És mit mondhat nekünk a fénysebesség a kozmoszról? Csak Albert Einstein írta le ezt az elméletet speciális relativitáselmélet 1905-ben mindez fókuszba került. Einstein azt állította, hogy a tér és az idő relatív, és hogy a fénysebesség az állandó, amely összeköti a kettőt.
Mi a fénysebesség?
Gyakran állítják, hogy a fénysebesség állandó, és semmi sem haladhat meg gyorsabban, mint a fénysebesség. Nem az teljesen pontos. A 299,792,458 méter / másodperc (186,282 mérföld / másodperc) értéke a fénysebesség vákuumban. A fény azonban valójában lelassul, mivel áthalad a különböző médiumokon. Például, amikor az üvegen keresztül mozog, vákuumban sebességének kb. Kétharmadára lelassul. Még a levegőben is, ami az közel vákuum, a fény kissé lelassul. Ahogy az űrben mozog, gáz- és porfelhőkkel, valamint gravitációs mezőkkel találkozik, és ezek apránként megváltoztathatják a sebességet. A gáz- és porfelhők szintén elnyelik a fény egy részét, amikor áthalad.
Ez a jelenség köze van a fény természetéhez, amely egy elektromágneses hullám. Amikor egy anyagon keresztül terjed, az elektromos és mágneses terei "zavarják" a töltött részecskéket, amelyekkel érintkezésbe kerül. Ezeknek a zavaroknak az eredményeként a részecskék ugyanazon a frekvencián, de fáziseltolódással sugároznak fényt. A "zavarok" által előidézett összes hullám összege olyan elektromágneses hullámhoz vezet, amely ugyanolyan frekvenciájú, mint az eredeti fény, de rövidebb hullámhosszúsággal és ennélfogva lassabb sebességgel.
Érdekes, hogy amint a fény mozog, útja meghajolható, mivel az űrben intenzív gravitációs mezőkkel halad át. Ez meglehetősen könnyen megfigyelhető a galaxis klaszterekben, amelyek sok anyagot tartalmaznak (beleértve a sötét anyagot is), amelyek megtámadják a fény útját egy távolabbi tárgyaktól, például kvazároktól.
Lámpasebesség és gravitációs hullámok
A fizika jelenlegi elméletei szerint a gravitációs hullámok szintén a fénysebességgel haladnak, de ez még mindig így van Megerősítést nyer, amikor a tudósok a fekete lyukak és a neutron ütközésével járó gravitációs hullámok jelenségét vizsgálják csillagok. Ellenkező esetben nincs más olyan tárgy, amely ilyen gyorsan haladna. Elméletileg megszerezhetik közel a fény sebessége, de nem gyorsabb.
Ez alól kivétel lehet maga a téridő. Úgy tűnik, hogy távoli galaxisok gyorsabban távolodnak tőlünk, mint a fény sebessége. Ez egy olyan "probléma", amelyet a tudósok még mindig megpróbálnak megérteni. Ennek egyik érdekes következménye az, hogy egy utazási rendszer a térhajtómű. Egy ilyen technológiában az űrhajó nyugalomban van az űrhez viszonyítva, és valójában az hely mozog, mint egy szörfös, aki hullám alatt lovagol az óceánon. Elméletileg ez lehetővé teheti a szuperluminális utazást. Természetesen vannak más gyakorlati és technológiai korlátok is, amelyek akadályt jelentenek, de ez egy érdekes tudományos-fantasztikus ötlet, amely tudományos érdeklődést vált ki.
Utazási idők a fényért
Az egyik kérdés, amelyet a csillagászok a nyilvánosságtól kapnak: "mennyi időbe telik, hogy elmenjen? X objektum az Y objektumhoz? "A fény nagyon pontos módszert ad számukra az univerzum méretének meghatározásához távolságok. Íme néhány a közönséges távolságmérések közül:
- A Föld a Holdig: 1,255 másodperc
- A Nap a Földig: 8,3 perc
- Napunk a következő legközelebbi csillaghoz: 4,24 év
- Az egész Tejút galaktika: 100 000 év
- A legközelebb spirális galaxis (Andromeda): 2,5 millió év
- A megfigyelhetőség határa világegyetem a földre: 13,8 milliárd év
Érdekes, hogy vannak olyan tárgyak, amelyek meghaladják a képességeinket, egyszerűen azért, mert az univerzum tágul, és néhányuk "a láthatáron" van, amelyeken túl nem láthatjuk. Soha nem kerülnek a mi nézetünkbe, függetlenül attól, hogy milyen gyorsan utazik fényük. Ez az egyik lenyűgöző hatása annak, ha egy kibővülő univerzumban élünk.
Szerkesztette Carolyn Collins Petersen