Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, czy można podróżować z prędkością światła? Być może mając niezbędną technologię, która pomoże nam osiągnąć taką prędkość, moglibyśmy pewnego dnia polecieć na skraj wszechświata i zobaczyć, co jest poza nim?
Trochę teorii
Prędkość światła w próżni jest stałą, którą znamy dość dokładnie: na przykład światło porusza się z prędkością 299 792 458 metrów na sekundę. Jest to prędkość propagacji wszystkich pól elektromagnetycznych w próżni, w tym fal radiowych, podczerwieni, ultrafioletu, promieniowania rentgenowskiego i gamma.
Zgodnie ze Specjalną Teorią Względności Einsteina nic nie może podróżować szybciej niż światło. W normalnych warunkach światło porusza się dla nas błyskawicznie. Na przykład nie mamy czasu, aby zobaczyć, jak fotony odbijają się od obiektów i są absorbowane przez powierzchnie w pomieszczeniu po wyłączeniu światła - dzieje się to tak szybko.
Prędkość światła w pustej przestrzeni (próżni) nie zależy od względnej prędkości między jego źródłem a obserwatorem. Niektórzy uważają, że to stwierdzenie jest sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem, jednak właśnie to zostało udowodnione eksperymentalnie. Najsłynniejszy taki eksperyment przeprowadzili fizycy Albert Michelson i Edward Morley pod koniec XIX wieku. Odkryli, że prędkość światła jest taka sama we wszystkich kierunkach, niezależnie od tego, że sama Ziemia porusza się w przestrzeni.
Albert Michelson.
Film promocyjny:
Człowiek i szybkość
Ludzie zdecydowanie kochają prędkość. Ponieważ wynaleziono koło, a prędkość nie była już determinowana siłą naszych nóg, chcieliśmy poruszać się coraz szybciej. Im szybciej człowiek się porusza, tym bardziej staje się zachwycający (chociaż warto zauważyć, że dla niektórych osób duże prędkości są przerażające). Dziś ludzkości udało się stworzyć niesamowicie szybkie samoloty, ultraszybkie myśliwce, superszybkie pociągi dużych prędkości i tak dalej. Jednak wszechświat ma coś szybszego niż wszystko, co osiągnęliśmy - światło.
Być może więc niektórzy z was pewnego wieczoru po ciężkim dniu, siedząc z butelką piwa lub kubkiem herbaty, zastanawiali się, jak by to było poruszać się z prędkością światła.
Co się stanie, jeśli będziemy poruszać się z prędkością światła
Osoba poruszająca się z prędkością światła doświadczy dylatacji czasu. Dla niego czas będzie płynął wolniej w porównaniu do osoby, która stoi w miejscu. Ponadto ich pole widzenia znacznie się zmieni. Dla osoby poruszającej się z prędkością światła wszechświat pojawi się w postaci tunelu przed aparatem, po którym podróżuje. Rozważ ten ekscytujący pomysł.
Do XX wieku świat był przekonany o słuszności poglądów Izaaka Newtona na temat obiektów i grawitacji. Jednak w 1900 roku nikt inny jak Albert Einstein przejął władzę i zmienił świat na zawsze.
Albert Einstein podczas wykładu w Wiedniu w 1921 roku.
Zaproponowana przez niego teoria względności wyjaśniła wiele zagadnień związanych z masą i energią. Równanie równoważności masy i energii dowiodło, że masa i energia są wymienne, to znaczy można je przekształcić w inne - i odwrotnie. Zasugerował również, że nie ma jednego standardowego układu odniesienia. Wszystko jest względne, nawet czas. Wtedy dotarło do niego zrozumienie, że prędkość światła jest stała i nie zależy od obserwatora. Tak więc, jeśli osoba porusza się z 50% prędkością światła w tym samym kierunku co światło, wówczas wiązka światła będzie wyglądać dla niego tak samo, jak dla osoby stojącej w miejscu.
Jeśli chodzi o równoważność masy i energii, w skrócie oznacza to, że jeśli obiekt porusza się o 10% prędkości światła, jego masa wzrośnie o 0,5% swojej pierwotnej masy. Jednocześnie, jeśli obiekt porusza się z prędkością 90% prędkości światła, jego masa podwoi się.
Czy możemy podróżować z prędkością światła
Nie, nie możemy poruszać się z prędkością światła. Chodzi o to, że poruszając się z prędkością światła, masa obiektu będzie rosła wykładniczo. Wyobraź sobie: prędkość światła wynosi prawie 300 tysięcy kilometrów na sekundę, a kiedy obiekt porusza się z tą prędkością, jego masa staje się nieskończona. Dlatego poruszenie tego obiektu wymaga nieskończonej energii (pamiętaj o równoważności masy i energii), co jest niezwykle niepraktyczne.
Z grubsza mówiąc, z tego powodu żaden obiekt nie może poruszać się z prędkością światła (z wyjątkiem samego światła) lub szybciej.
Jeśli chodzi o ruch prawie z prędkością światła, powiedzmy przy 90%, to będziemy mieli ciekawe obserwacje.
Porusza się (prawie) z prędkością światła
Przede wszystkim osoba poruszająca się z taką prędkością doświadczy dylatacji czasu. Dla niego czas będzie płynął wolniej niż dla kogoś stojącego w miejscu. Na przykład, jeśli osoba porusza się z prędkością 90% prędkości światła, to gdy mija 10 minut dla osoby stojącej, 20 minut.
Diagram przedstawiający krzywiznę czasu zbliżającego się do prędkości światła.
Warto wspomnieć o dużych zmianach w polu widzenia. Jak wspomniano powyżej, dla osoby poruszającej się - gdziekolwiek - z prędkością 90% prędkości światła, wszechświat będzie wyglądał tak, jakby patrzył na niego przez okno przed swoim statkiem kosmicznym. Gwiazdy, do których się zbliża, będą miały kolor niebieski, a te, które zostaną w tyle, będą miały kolor czerwony. Dzieje się tak, ponieważ fale świetlne z gwiazd przed nim będą się zlepiać, sprawiając, że obiekt będzie wyglądał na niebieski, a fale świetlne z pozostawionych gwiazd rozciągną się i zmienią kolor na czerwony, powodując ekstremalny efekt Dopplera.
Po pokonaniu pewnego znaku osoba pogrążyłaby się w ciemności, ponieważ długości fal, które wpadają mu do oczu, byłyby poza widzialnym spektrum.
Oczywiście, nawet przy wszystkich niepraktycznych i przeszkodach związanych z podróżowaniem z prędkością światła (lub blisko), byłaby to z pewnością kolejna przygoda.
Vladimir Guillen
