Prędkość światła jest jedną z najważniejszych stałych w fizyce. Duński astronom Olaf Roemer po raz pierwszy oszacował prędkość światła w 1676 roku. Jednak naukowcem, który ustalił, że to światło wyznacza górną granicę prędkości możliwej do osiągnięcia we Wszechświecie, równą prawie 300 000 kilometrów na sekundę, był właśnie Albert Einstein. A jednak, zgodnie z tą samą teorią Einsteina, wszystko w tym wszechświecie jest względne, łącznie z ruchem. To z kolei zmusza nas do zadania całkowicie logicznego pytania: jaka jest prędkość całkowitego przeciwieństwa światła - ciemności?
Nie jesteśmy pierwszymi, którzy zadają to pytanie, ale portal Gizmodo postanowił zagłębić się w nie i przy tej okazji zwrócił się do jednego z najbardziej szanowanych i znanych naukowców, badaczy, teoretyków, ekspertów od czarnych dziur i fizyki kwantowej. Co ciekawe, wszyscy nie mają konsensusu w tej sprawie. Niektórzy uważają, że ciemność może mieć taką samą prędkość jak światło. Inni uważają, że może to być nieskończenie wolniejsze. Jeszcze inni są pewni, że wszystko będzie zależało od punktu widzenia, z którego spojrzysz na tę kwestię.
George Masser
Redaktor magazynów Scientific American i Nautilus, autor książki Creepy Action at Distance: A Phenomenon Redefining Space and Time. Znaczenie zjawiska w teorii czarnej dziury, teorii wielkiego podrywu i teorii wszystkiego, a także kompletny przewodnik po teorii strun dla idiotów
„Prędkość ciemności? Najprostsza odpowiedź jest taka, że prędkość ciemności jest równa prędkości światła. Wyłącz Słońce, a po ośmiu minutach nasze niebo stanie się ciemne. Ale to nudna odpowiedź! Nie naprawdę! Po pierwsze, to, co zwykliśmy nazywać „prędkością światła”, to prędkość propagacji, która nie zawsze jest decydującym czynnikiem. Cień padający na krajobraz rzucany jest przez przedmioty. Specyfika tych obiektów, a także odległość od nich, określi, jak szybko spadnie.
Na przykład obrotowe światło punktowe oświetla swoje otoczenie w regularnych odstępach czasu. Jednak względna prędkość, z jaką otoczenie zostaje zaciemnione, rośnie wraz ze wzrostem odległości od samej latarni morskiej. Jeśli oddalisz się wystarczająco daleko od latarni, cień dogoni cię szybciej niż prędkość światła. To samo dzieje się na przykład z gwiazdami neutronowymi w kosmosie. Innymi słowy, w tym przypadku prędkość światła będzie oznaczać tylko opóźnienie. Nawet jeśli latarnia jest skierowana bezpośrednio na ciebie, nie zobaczysz światła od razu, ale z pewnym opóźnieniem. Nie wpłynie to jednak w żaden sposób na bieg wydarzeń, które zobaczysz będąc na swoim miejscu.
Film promocyjny:
Ale czy istnieje coś takiego jak ciemność? Dokładniej, istnieje koncepcja, ale czy istnieje samo zjawisko? Nawet jeśli „wyłączysz” Słońce, Ziemia nie pogrąży się w całkowicie nieprzeniknionej ciemności. W tym przypadku Twoje niebo rozjaśni światło gwiazd, mgławic, a nawet samego Wielkiego Wybuchu. Sama planeta i wszystko na niej, w tym nasze ciała, również emituje światło. I będzie to widoczne w podczerwieni. Nawet jeśli w jakiś sposób znalazłeś sposób, aby „wyłączyć” Słońce, nawet wtedy będzie ono emitowało pewien poziom blasku prawie na zawsze. Na twoje stulecie i przez wiele kolejnych stuleci z pewnością wystarczy. Oznacza to, że dopóki będziemy mieli okazję widzieć, będziemy widzieć. Żaden czujnik optyczny nie jest w stanie wykryć całkowitej ciemności, ponieważ nawet jeśli w pobliżu nie ma źródeł światła,dostępne fluktuacje kwantowe będą również powodować bardzo lekkie błyski światła. Albo weź czarne dziury - najciemniejsze z rzekomych obiektów. Według niektórych teorii nawet one są w stanie emitować określony procent światła. W fizyce, w przeciwieństwie do sfery relacji międzyludzkich, światło zawsze „pokonuje” ciemność.
Ciemność nie jest kategorią fizyczną, ale raczej stanem względnym. Nawet nie to. To jest subiektywne postrzeganie stanu. Fotony mogą, ale nie muszą, być odbijane, komórki siatkówki mogą wyzwalać procesy pamięciowe, ale nie mogą wyjaśnić subiektywnego odczuwania ciemności, tak jak fale nie mogą być reprezentowane przez nic więcej niż nasze doświadczenie obserwacji koloru lub dźwięku. Nasze subiektywne doświadczenie zmienia się od czasu do czasu, ale poszczególne części tego doświadczenia znajdują się poza czasem. I w tym sensie możemy powiedzieć, że sama ciemność nie ma szybkości.
Czym jest prędkość w sensie ogólnym? I czy w ogóle istnieje? Zakłada obecność pewnej przestrzeni, w której można go zmierzyć. Jednak wielu naukowców zajmujących się fizyką kwantową - światem, w którym zwykłe koncepcje zwykłej fizyki często stają się bezużyteczne - uważa, że sama przestrzeń jest jedną z pochodnych bardziej fundamentalnego poziomu rzeczywistości, w którym nie ma takich pojęć, jak położenie, odległość itp. prędkość.
Avi Loeb
Profesor astrofizyki na Uniwersytecie Harvarda, założyciel Black Hole Initiative (BHI)
„Materia przyciągnięta do środka czarnej dziury osiąga prędkość bliską prędkości światła. Wszystko, co znajduje się w tak zwanym horyzoncie zdarzeń czarnej dziury, nie ma możliwości ucieczki. Nawet światło jest na zawsze zamknięte w horyzoncie zdarzeń. Mając to na uwadze, czarne dziury można postrzegać jako pewnego rodzaju więzienia wiecznej ciemności. Ale tak nie jest.
Gwiazdę taką jak Słońce można spaghetti przekształcić w strumień gazu, jeśli przejdzie obok masywnej czarnej dziury, takiej jak ta w centrum naszej galaktyki Drogi Mlecznej, której masa wynosi 6 miliardów mas Słońca.
Jednak wpadając do czarnej dziury, materia może powodować tarcie między sobą i nagrzewać się. Końcowym rezultatem tego tarcia jest promieniowanie. Jeśli tempo akrecji (proces przyrostu masy) jest wystarczająco wysokie, to ciśnienie wychodzącego promieniowania będzie potencjalnie w stanie uratować dodatkową otaczającą materię przed opadaniem. Wiele z najbardziej masywnych czarnych dziur we Wszechświecie, z masą miliardów słońc, ma najwyższe możliwe współczynniki akrecji”.
Neil DeGrasse Tyson
Astrofizyk, doktor fizyki, pisarz, popularyzator nauki, dyrektor Hayden Planetarium w American Museum of Natural History na Manhattanie. Prowadzący popularnonaukową serię „Przestrzeń: przestrzeń i czas”
„Szybkość ciemności oznacza… Biorąc pod uwagę, że sama ciemność jest wynikiem zaniku światła? Jeśli prędkość światła jest reprezentowana przez stałą, wówczas prędkość ciemności będzie dokładnie odwrotną stałą prędkością światła. Jeśli światło jest wektorem, ma wielkość i kierunek, to … mówiąc o jego wartości ujemnej, będziemy mówić o jego przeciwnym kierunku. Ciemność w tym przypadku to kierunek odwrotny, a nie bezpośredni. Powiedziałbym, że ciemność ma odwrotną wartość ujemną dla prędkości światła."
Sara Caudill
Doktorat z Leonard E. Parker Center for the Study of the Gravity, Cosmology and Astrophysics, University of Wisconsin-Milwaukee
„Siła grawitacyjna czarnych dziur jest tak wielka, że nawet światło nie może z niej uciec, gdy wejdzie w promień swojego horyzontu zdarzeń - niewidzialne granice, które tworzą punkt bez powrotu. Ponieważ czarne dziury mają tak silną grawitację, na obserwacje dokonywane poza tym silnym polem grawitacyjnym wpłynie efekt dylatacji czasu.
Załóżmy, że daleko od czarnej dziury jest obserwator z zewnątrz, który widzi świecący obiekt wpadający do czarnej dziury. Z punktu widzenia obserwatora ten świecący obiekt najpierw zwolni swoją prędkość, a następnie „zgaśnie”, stając się tak przyćmiony, że nie będzie można go zobaczyć. Obserwator nie będzie nawet w stanie zobaczyć, jak obiekt przekracza granicę horyzontu zdarzeń.
Jeśli spojrzymy na sytuację z punktu widzenia materii wpadającej do tej czarnej dziury. Wyobraź sobie teraz czarną dziurę otoczoną chmurą świecącego gazu. Chmura ta została utworzona przez rozerwaną gwiazdę, która przeleciała zbyt blisko tej czarnej dziury. Ta chmura gazu pojawi się jako spłaszczony dysk, zwany także dyskiem akrecyjnym. Zatem gaz z tego dysku zostanie ostatecznie całkowicie wchłonięty przez czarną dziurę, ale nie stanie się to natychmiast.
Faktem jest, że istnieje ograniczenie prędkości, które zależy od siły ciśnienia promieniowania podgrzanego gazu, które oprze się działaniu wewnętrznej siły grawitacji samej czarnej dziury. Ostatecznie, gdy tylko cały gaz zostanie wchłonięty przez czarną dziurę, jego rozmiar wzrośnie. Na przykład, jeśli weźmiemy czarną dziurę, której masa początkowa będzie 10 razy większa od masy naszego Słońca, a tempo jej przyrostu masy osiągnie swój maksymalny limit (tzw. Granicę Eddingtona), to za około miliard lat masa tej czarnej dziury osiągnie masę 100 milionów razy przekracza masę naszego Słońca”.
David Reice
Opiekun naukowy Laserowego Interferometrycznego Obserwatorium Fali Grawitacyjnych (LIGO)
„Zasadniczo wszystko będzie zależeć od tego, czy jesteś materią pochłanianą przez nieskończoną otchłań czarnej dziury, czy jesteś wystarczająco daleko od sceny i jesteś niewzruszonym obserwatorem wydarzenia, w którym ktoś lub coś innego wpada w tę właśnie otchłań. Jeśli masz pecha i jesteś na pierwszym miejscu, prędkość będzie bardzo wysoka. Najprawdopodobniej porozmawiamy o wskaźnikach zbliżonych do prędkości światła.
Jeśli znajdziesz się w miejscu sekundy i jesteś wystarczająco daleko od czarnej dziury, to prędkość, z jaką materia zostanie pochłonięta przez czarną dziurę, wyda ci się zauważalnie zmniejszona z powodu efektu grawitacyjnego dylatacji czasu. Według niego „zegar” pod wpływem pola grawitacyjnego idzie wolniej, a pod wpływem bardzo silnego pola grawitacyjnego - nawet wolniej, co będzie miało miejsce właśnie przy zbliżaniu się do horyzontu zdarzeń czarnej dziury.
Zdecydowanie mam na myśli, że w twoim lokalnym układzie współrzędnych pozostaniesz nieruchomy względem czarnej dziury (to znaczy nie będziesz do niej przyciągany), a pole grawitacyjne tej czarnej dziury nie będzie miało wpływu na twój lokalny układ czasu. W tym przypadku dla osoby, która jest poza wpływem czarnej dziury, będzie się wydawać, że obiekt lub materia przesunie się do horyzontu zdarzeń czarnej dziury na nieskończenie długi czas.
Nyayesh Afshordi
Astrofizyk na Wydziale Fizyki i Astronomii na Uniwersytecie Waterloo oraz Kierownik Wydziału Kosmologii i Grawitacji w Perimeter Institute for Theoretical Physics w Kanadzie
„Wierzę, że prędkość„ ciemności”jest nieskończona! W fizyce klasycznej, zgodnie z ogólną koncepcją ciemności przestrzeni, można rozważać tylko pustą próżnię. Jednak dzięki mechanice kwantowej wiemy, że tak naprawdę nie ma ciemności i pustej przestrzeni. Nawet jeśli wydaje ci się, że nie ma źródeł światła, które moglibyśmy zobaczyć, źródłem tym mogą być fluktuacje pól elektromagnetycznych. Nawet w obrębie fal grawitacyjnych przecinających czasoprzestrzeń i odkrytych niedawno przez laboratorium LIGO, te fluktuacje kwantowe muszą być obecne.
Problem polega na tym, że poziom grawitacji w tym tętnieniu kwantowym jest nieskończony. Innymi słowy, nie ma obecnie przekonującej teorii grawitacji kwantowej, z którą większość naukowców by się zgodziła. Konieczna odpowiedź na to pytanie może kryć się w samej możliwości szybkości "ciemności", to znaczy, że fale kwantowe osiągają nieskończoną wartość (lub stają się arbitralnie duże), zwłaszcza w małych skalach i przez krótki okres czasu. Oczywiście to tylko przypuszczenie, ale wydaje mi się, że jest to skuteczny sposób na zrozumienie zasady i istoty Wielkiego Wybuchu, czarnych dziur, ciemnej energii i grawitacji kwantowej”.
NIKOLAY KHIZHNYAK