Svetlo sa pohybuje vesmírom najrýchlejšou rýchlosťou, ktorú môžu astronómovia zmerať. V skutočnosti je rýchlosť svetla kozmickým rýchlostným limitom a nie je známe, že sa pohybuje rýchlejšie. Ako rýchlo sa svetlo pohybuje? Tento limit sa dá zmerať a tiež pomáha definovať naše chápanie veľkosti a veku vesmíru.
Čo je svetlo: vlnenie alebo častice?
Svetlo cestuje rýchlo rýchlosťou 299, 792, 458 metrov za sekundu. Ako to môže urobiť? Aby sme tomu porozumeli, je užitočné vedieť, čo je to svetlo a to je do veľkej miery objav 20. storočia.
Povaha svetla bola po stáročia veľkým tajomstvom. Vedci mali problém pochopiť koncept svojej vlnovej a časticovej povahy. Keby to bola vlna, cez ktorú sa šírila? Prečo sa zdalo, že cestuje rovnakou rýchlosťou vo všetkých smeroch? A čo nám môže povedať rýchlosť svetla vo vesmíre? Až to Albert Einstein opísal túto teóriu špeciálna relativita v roku 1905 sa to všetko sústredilo. Einstein tvrdil, že priestor a čas sú relatívne a že rýchlosť svetla je konštantná, ktorá ich spája.
Aká je rýchlosť svetla?
Často sa uvádza, že rýchlosť svetla je konštantná a že nič nemôže cestovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Toto nie je úplne presné. Hodnota 299 792 458 metrov za sekundu (186 282 míľ za sekundu) je rýchlosť svetla vo vákuu. Svetlo sa však v skutočnosti spomaľuje, keď prechádza rôznymi médiami. Napríklad pri pohybe sklom sa vo vákuu spomalí na asi dve tretiny svojej rýchlosti. Aj vo vzduchu, čo je takmer vákuum, svetlo sa mierne spomaľuje. Pri pohybe vesmírom naráža na oblaky plynu a prachu, ako aj na gravitačné polia a tie môžu trochu zmeniť rýchlosť. Mraky plynu a prachu tiež absorbujú časť svetla pri jeho prechode.
Tento jav súvisí s povahou svetla, ktoré je elektromagnetickou vlnou. Keď sa šíri materiálom, jeho elektrické a magnetické polia „rušia“ nabité častice, s ktorými prichádzajú do styku. Tieto poruchy potom spôsobia, že častice vyžarujú svetlo s rovnakou frekvenciou, ale s fázovým posunom. Súčet všetkých týchto vĺn spôsobených „poruchami“ povedie k elektromagnetickej vlne s rovnakou frekvenciou ako pôvodné svetlo, ale s kratšou vlnovou dĺžkou, a teda s nižšou rýchlosťou.
Zaujímavé, ako rýchlo sa svetlo pohybuje, jeho dráha sa môže ohnúť, keď prechádza oblasťami v priestore s intenzívnymi gravitačnými poľami. To je celkom dobre viditeľné v klastroch galaxií, ktoré obsahujú veľa hmoty (vrátane temnej hmoty), ktorá deformuje cestu svetla od vzdialenejších objektov, napríklad kvázarov.
Svetelné a gravitačné vlny
Dnešné teórie fyziky predpovedajú, že gravitačné vlny sa pohybujú aj rýchlosťou svetla, ale stále je to tak Potvrdili to vedci, ktorí študujú jav gravitačných vĺn spôsobených zrážkami čiernych dier a neutrónov hviezdy. Inak neexistujú žiadne ďalšie predmety, ktoré by cestovali tak rýchlo. Teoreticky sa môžu dostať blízko rýchlosť svetla, ale nie rýchlejšia.
Výnimkou môže byť samotný časopriestor. Vyzerá to tak ďaleko galaxie sa od nás vzdialia rýchlejšie ako rýchlosť svetla. To je „problém“, ktorý sa vedci stále snažia pochopiť. Jedným zaujímavým dôsledkom toho však je, že cestovný systém založený na myšlienke a osnovná jazda. V takejto technológii je kozmická loď v pokojnom vzťahu k vesmíru a skutočne je priestor to sa hýbe, ako surfer jazdiaci na vlne po oceáne. Teoreticky by to mohlo viesť k superluminálnemu cestovaniu. Bránia samozrejme aj ďalšie praktické a technologické obmedzenia, ale je to zaujímavý nápad sci-fi, ktorý získava určitý vedecký záujem.
Cestovné časy na svetlo
Jednou z otázok, ktoré astronómovia dostávajú od verejnosti, je: „ako dlho by trvalo svetlo objekt X na objekt Y? “Svetlo im poskytuje veľmi presný spôsob, ako zmerať veľkosť vesmíru definovaním vzdialenosti. Tu je niekoľko bežných meraní vzdialenosti:
- Zem na Mesiac: 1,255 sekúnd
- Slnko na Zemi: 8,3 minút
- Naše Slnko k najbližšej najbližšej hviezde: 4,24 rokov
- Cez naše mliečna dráha galaxie: 100 000 rokov
- K najbližšiemu špirálová galaxia (Andromeda): 2,5 milióna rokov
- Limit pozorovateľného vesmír na Zem: 13,8 miliárd rokov
Zaujímavé je, že existujú objekty, ktoré sú mimo našej schopnosti vidieť jednoducho preto, že vesmír sa rozširuje, a niektoré sú „za horizontom“, za ktorým nevidíme. Nikdy sa na nás nedostanú, bez ohľadu na to, ako rýchlo ich svetlo prechádza. Toto je jeden z fascinujúcich účinkov života v rozširujúcom sa vesmíre.
Upravil Carolyn Collins Petersen