Svetloba se giblje po vesolju z najhitrejšo hitrostjo, ki jo lahko astronomi izmerijo. Pravzaprav je hitrost svetlobe kozmična omejitev hitrosti in nič se ne ve, da bi se premikalo hitreje. Kako hitro se premika svetloba? To mejo je mogoče izmeriti in pomaga tudi opredeliti naše razumevanje velikosti in starosti vesolja.
Kaj je svetloba: val ali delci?
Svetloba potuje hitro, s hitrostjo 299, 792, 458 metrov na sekundo. Kako lahko to stori? Da bi to razumeli, je koristno vedeti, kaj pravzaprav je svetloba in to je v veliki meri odkritje 20. stoletja.
Narava svetlobe je bila stoletja skrivnost. Znanstveniki so težko razumeli koncept njegove narave valov in delcev. Če je bil val, po čem se je širil? Zakaj se je zdelo, da potuje z isto hitrostjo v vseh smereh? In kaj nam lahko sporoča hitrost svetlobe o kozmosu? Šele, ko je Albert Einstein opisal to teorijo posebna relativnost leta 1905 je vse to postalo v središču pozornosti. Einstein je trdil, da sta prostor in čas sorazmerna in da je hitrost svetlobe stalnica, ki povezuje oboje.
Kaj je hitrost svetlobe?
Pogosto je navedeno, da je hitrost svetlobe konstantna in da nič ne more potovati hitreje od svetlobne hitrosti. To ni popolnoma natančno. Vrednost 299.792.458 metrov na sekundo (186.282 milj na sekundo) je hitrost svetlobe v vakuumu. Vendar se svetloba dejansko upočasni, ko prehaja skozi različne medije. Na primer, ko se premika skozi steklo, se v vakuumu upočasni na približno dve tretjini svoje hitrosti. Tudi v zraku, kar je skoraj vakuum, svetloba rahlo upočasni. Ko se giblje skozi vesolje, naleti na oblake plina in prahu, pa tudi na gravitacijska polja, ki pa lahko hitrost spremenijo hitrost. Oblaki plina in prahu tudi skozi svetlobo absorbirajo del svetlobe.
Ta pojav je povezan z naravo svetlobe, ki je elektromagnetno valovanje. Ko se skozi material širi, njegova električna in magnetna polja "motijo" nabito delce, s katerimi pride v stik. Te motnje nato povzročijo, da delci sevajo svetlobo z isto frekvenco, vendar s faznim premikom. Vsota vseh teh valov, ki nastanejo zaradi "motenj", bo povzročila elektromagnetno valovanje z enako frekvenco kot prvotna svetloba, vendar s krajšo valovno dolžino in s tem počasnejšo hitrostjo.
Zanimivo je, da se lahko hitrost, ko se svetloba premika, upogne, ko gre mimo območij v vesolju z intenzivnimi gravitacijskimi polji. To je dokaj enostavno opaziti v galaksijskih grozdih, ki vsebujejo veliko snovi (vključno s temno snovjo), ki usmerja pot svetlobe od bolj oddaljenih predmetov, na primer kvazarjev.
Svetlobni in gravitacijski valovi
Trenutne teorije fizike napovedujejo, da gravitacijski valovi potujejo tudi s svetlobno hitrostjo, vendar je to še vedno potrjujejo, ko znanstveniki preučujejo pojav gravitacijskih valov iz trčenja črnih lukenj in nevtronov zvezde. V nasprotnem primeru ni drugih predmetov, ki potujejo tako hitro. Teoretično lahko dobijo blizu hitrost svetlobe, vendar ne hitreje.
Izjema od tega je lahko sam prostor-čas. Zdi se, da je oddaljen galaksije se od nas oddaljujejo hitreje od hitrosti svetlobe. To je "problem", ki ga znanstveniki še vedno poskušajo razumeti. Vendar je ena zanimiva posledica tega, da je potovalni sistem, ki temelji na ideji o warp pogon. Pri takšni tehnologiji je vesoljsko plovilo v mirovanju glede na vesolje in dejansko je prostor ki se premika, kot deskar, ki jaha val po oceanu. Teoretično bi to lahko omogočilo superluminalna potovanja. Seveda obstajajo tudi druge praktične in tehnološke omejitve, ki jim stojijo na poti, vendar je zanimiva znanstvenofantastična ideja, ki dobi nekaj znanstvenega zanimanja.
Potovalni časi za svetlobo
Eno od vprašanj, ki jih astronomi dobijo od članov javnosti, je: "kako dolgo bi trajalo, da bi šlo od svetlobe predmeta X do predmeta Y? "Svetloba jim daje zelo natančen način merjenja velikosti vesolja z definiranjem razdalje. Tu je nekaj pogostih meritev razdalj:
- Zemlja do Lune: 1.255 sekund
- Sonce na Zemljo: 8,3 minute
- Naše Sonce do naslednje najbližje zvezde: 4,24 leta
- Čez naše mlečna cesta galaksija: 100.000 let
- Na najbližje spiralna galaksija (Andromeda): 2,5 milijona let
- Meja opaznega vesolje na Zemljo: 13,8 milijarde let
Zanimivo je, da obstajajo predmeti, ki presegajo našo sposobnost, da vidimo zgolj zato, ker se vesolje IS širi, nekateri pa so »čez obzorje«, onkraj katerega ne moremo videti. Nikoli ne bodo prišli v naš pogled, ne glede na to, kako hitro potuje njihova svetloba. To je eden izmed fascinantnih učinkov življenja v razširjenem vesolju.
Uredil Carolyn Collins Petersen