Ταχύτητα φωτός:Πόσο γρήγορα ταξιδεύει το φως;

Για να αναφέρω τον αείμνηστο, σπουδαίο Ντάγκλας Άνταμς:«Το διάστημα είναι μεγάλο. Πολύ μεγάλο. Απλώς δεν θα πιστεύετε πόσο απέραντα, τρομερά, απίστευτα μεγάλο είναι. Εννοώ, μπορεί να πιστεύετε ότι είναι πολύ μακριά ο δρόμος προς το χημικό, αλλά αυτό είναι απλά φιστίκια για το διάστημα». Μόλις βγούμε έξω από το δικό μας ηλιακό σύστημα, ο πλησιέστερος διαστρικός γείτονάς μας είναι τέσσερα έτη φωτός μακριά. Τι είναι το έτος φωτός και πόσο γρήγορα ταξιδεύει το φως; Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στην ταχύτητα του φωτός και τι σημαίνει ότι πηγαίνει πιο γρήγορα από ό,τι πραγματικά σημαίνει, για όσους από εμάς δεν έχουμε πτυχίο στην αστροφυσική.

Γιατί ταχύτητα φωτός;

Πρώτον, γιατί ανησυχούμε καν για την ταχύτητα του φωτός; Γιατί να μην προσπαθήσετε να ταξιδέψετε πιο γρήγορα από την ταχύτητα του ήχου;

Πρώτον, έχουμε ήδη σπάσει την ταχύτητα του ήχου, πολλές φορές. Ο ήχος, σε μια ατμόσφαιρα, ταξιδεύει με περίπου 761 mph στο επίπεδο της θάλασσας. Κάθε φορά που εκτοξεύουμε έναν πύραυλο ή στέλνουμε ένα μαχητικό αεροσκάφος να ουρλιάζει προς τον ουρανό, σπάμε το φράγμα του ήχου.

Η ταχύτητα του φωτός, ή η ταχύτητα με την οποία το φως ταξιδεύει στο κενό, μας έχει γοητεύσει από τότε που ένας Έλληνας επιστήμονας, ο Εμπεδοκλής, μάλωνε με τον Αριστοτέλη για το αν το φως κινήθηκε ή όχι. Ο Γαλιλαίος δοκίμασε ένα πείραμα για να δει πόσο γρήγορα ταξίδευε το φως χρησιμοποιώντας καλυμμένα φανάρια το 1667, αλλά η απόσταση μεταξύ των λαμπτήρων - ένα μίλι - δεν ήταν αρκετή για να δει κάποια καθυστέρηση.

Τώρα γνωρίζουμε ότι το φως κινείται, αλλά πόσο γρήγορα ταξιδεύει στο κενό του διαστήματος;

Πόσο γρήγορα ταξιδεύει το φως;

Το φως, όταν δεν εμποδίζεται από οτιδήποτε και ταξιδεύει μέσα στο κενό του διαστήματος, κινείται με 299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Το φως δεν είναι το μόνο πράγμα που ταξιδεύει με αυτή την ταχύτητα - όλα τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία, συμπεριλαμβανομένων των υπέρυθρων, των ραδιοκυμάτων και των ακτίνων Χ, ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός. Μπορείτε να το εφαρμόσετε σε οποιαδήποτε απόσταση για να δείτε πόσο χρόνο χρειάζεται το φως για να ταξιδέψει.

Το φεγγάρι απέχει 238.900 μίλια ή 384,4 εκατομμύρια μέτρα από τη Γη. Εάν διαιρέσετε την απόσταση μεταξύ της Γης και της Σελήνης σε μέτρα με την ταχύτητα του φωτός, θα ανακαλύψετε ότι χρειάζονται περίπου 1,3 δευτερόλεπτα για το φως ή άλλα ηλεκτρομαγνητικά πεδία να ταξιδέψουν μεταξύ τους.

Ο ήλιος απέχει 92,96 εκατομμύρια μίλια ή 149,6 δισεκατομμύρια μέτρα από το μικρό μας μπλε μάρμαρο. Η διαίρεση αυτής της απόστασης με την ταχύτητα του φωτός σας δείχνει ότι το φως ταξιδεύει από τον ήλιο στη Γη σε 491 δευτερόλεπτα ή 8,18 λεπτά.

Τώρα, τα μαθηματικά μας είναι όλα πρόχειρες εκτιμήσεις — αλλά σας δίνουν μια ιδέα για το πώς οι επιστήμονες υπολογίζουν τόσο την ταχύτητα του φωτός όσο και τις διαστρικές αποστάσεις.

Ταχύτητα ταχύτερη από το φως

Μας γοητεύει η ταχύτητα του φωτός εδώ και αιώνες, ειδικά από τη στιγμή που το να μπορούμε να κινούμαστε πιο γρήγορα από το φως θα μπορούσε να ανοίξει τις πόρτες για διαστρικό ταξίδι. Ο πλησιέστερος γείτονάς μας είναι ο Proxima Centauri, στο δυαδικό σύστημα Άλφα Κενταύρου, περίπου 4,2 έτη φωτός μακριά από το σπίτι.

Τι είναι έτος φωτός; Με απλά λόγια, είναι η απόσταση που διανύει το φως σε ένα χρόνο. Εάν το φως ταξιδεύει 299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, αυτό θέτει τον Proxima Centauri περίπου 40.208.000.000.000 χιλιόμετρα μακριά από το σπίτι. Αυτό είναι 40 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα ή απλά 25 τρισεκατομμύρια μίλια.

Με την υπάρχουσα τεχνολογία, το διαστημόπλοιό μας χωρίς πλήρωμα ταξιδεύει με περίπου 36.000 mph. Σε αυτές τις ταχύτητες, θα χρειαστούν 78.000 χρόνια για να φτάσουμε στον πλησιέστερο διαστρικό γείτονά μας. Γι' αυτό η ιδέα του να ταξιδεύεις πιο γρήγορα από το φως είναι τόσο ελκυστική. Αν μπορούσαμε να κινηθούμε ακριβώς με την ταχύτητα του φωτός, θα μπορούσαμε να φτάσουμε στον Εγγύς Κενταύρου σε λίγο περισσότερο από τέσσερα χρόνια. Εάν μπορούσαμε να σπάσουμε αυτό το όριο ταχύτητας, θα μπορούσαμε ενδεχομένως να μειώσουμε τον χρόνο ταξιδιού σε λίγες μέρες.

Κύριος. Ο Αϊνστάιν και η Ειδική Σχετικότητα

Ενώ το ταξίδι με την ταχύτητα του φωτός θα διευκόλυνε την πρόσβαση στα μακρινά σημεία του γαλαξία, δημιουργεί το δικό του σύνολο προβλημάτων. Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ονόμασε την ταχύτητα του φωτός το όριο της κοσμικής ταχύτητας - τίποτα στο σύμπαν δεν θα πρέπει να μπορεί να ταξιδέψει πιο γρήγορα από αυτό. Αυτό δεν είναι μόνο ένα πρόβλημα φυσικής, είναι ένα πρόβλημα σχετικότητας — συγκεκριμένα, ειδικής σχετικότητας.

Εάν μπορούσαμε να κινηθούμε κοντά στην ταχύτητα του φωτός, ακόμα κι αν δεν παραβιάσουμε αυτό το όριο ταχύτητας, ο χρόνος θα επιβραδύνει για το διαστημόπλοιο και τους επιβαίνοντες. Ωστόσο, θα συνέχιζε να ταξιδεύει με τον ίδιο ρυθμό για το υπόλοιπο σύμπαν. Θα μπορούσαμε να στείλουμε μια αποστολή στο Proxima Centauri που θα διαρκέσει πέντε χρόνια, αλλά κινούμενοι με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός θα σήμαινε ότι μπορεί να περάσουν 50 χρόνια στη Γη. Όλοι όσοι γνώριζαν ποτέ αυτοί οι αστροναύτες θα ήταν πιθανότατα γερασμένοι ή νεκροί μέχρι να φτάσουν στο σπίτι.

Αυτό μπορεί να ακούγεται σαν ένας μοναδικός τρόπος για τους ανθρώπους να πραγματοποιούν ταξίδια στο χρόνο, αλλά βοηθά μόνο εκείνους που επηρεάζονται από την ειδική σχετικότητα του διαστημικού σκάφους που ταξιδεύει ταχύτερα από το φως.

Μπορούμε να ταξιδέψουμε πιο γρήγορα από το φως;

Μπορούμε αυτή τη στιγμή να ταξιδέψουμε πιο γρήγορα από το φως; Ως είδος, όχι. Η ταχύτητά μας περιορίζεται από το τρέχον επίπεδο τεχνολογίας μας, αλλά μπορεί να οδεύουμε προς τη σωστή κατεύθυνση. Οι φυσικοί που εργάζονται με τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων εντόπισαν πρόσφατα νετρίνα. Αυτά τα υποατομικά σωματίδια περνούν από τα πάντα και φαίνεται να ταξιδεύουν πιο γρήγορα από το φως. Αυτό θα στρέψει τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν στο αυτί του, αν και δεν θα λύσει το πρόβλημα της διαστολής του χρόνου, καθώς σχετίζεται με το ταξίδι με ταχύτητα φωτός.

Κοιτάζοντας προς το μέλλον

Υπάρχουν ακόμα πολλά που δεν γνωρίζουμε για την ταχύτητα του φωτός, όπως αποδεικνύεται από την πρόσφατη ανακάλυψη των νετρίνων. Μπορεί να μην καταλάβουμε ποτέ πώς να κινηθούμε πιο γρήγορα από αυτά τα υποατομικά σωματίδια, αλλά θα μπορούσε να μας βοηθήσει να βελτιώσουμε την ταχύτητά μας. Το διαστρικό ταξίδι μπορεί να γίνει μια πιθανότητα και όχι ένα όνειρο.