Светлината се движи през Вселената с най-бърза скорост, която астрономите могат да измерят. Всъщност скоростта на светлината е космическо ограничение на скоростта и не се знае нищо, което да се движи по-бързо. Колко бързо се движи светлината? Тази граница може да бъде измерена и също така помага да определим нашето разбиране за размера и възрастта на Вселената.
Какво е светлината: вълна или частица?
Светлината пътува бързо, със скорост 299, 792, 458 метра в секунда. Как може да направи това? За да разберете това, е полезно да знаете какво всъщност представлява светлината и това до голяма степен е откритие на 20 век.
Природата на светлината е била голяма мистерия от векове. Учените имаха проблеми с разбирането на концепцията за нейната вълна и характер на частици. Ако беше вълна, през какво се разпространява? Защо изглеждаше да пътува със същата скорост във всички посоки? И какво може да ни каже скоростта на светлината за Космоса? Едва Алберт Айнщайн описа тази теория на специална относителност
през 1905 г. всичко влезе във фокус. Айнщайн твърди, че пространството и времето са относителни и че скоростта на светлината е константата, която свързва двете.Каква е скоростта на светлината?
Често се твърди, че скоростта на светлината е постоянна и че нищо не може да пътува по-бързо от скоростта на светлината. Това не е изцяло точна. Стойността от 299 792 458 метра в секунда (186 282 мили в секунда) е скоростта на светлината във вакуум. Светлината обаче всъщност се забавя, докато преминава през различни медии. Например, когато се движи през стъкло, той се забавя до около две трети от скоростта си във вакуум. Дори във въздуха, което е почти вакуум, светлината леко се забавя. Докато се движи през космоса, той се сблъсква с облаци от газ и прах, както и с гравитационни полета, които могат да променят скоростта. Облаците газ и прах също поглъщат част от светлината, докато преминава през него.
Това явление има връзка с природата на светлината, която е електромагнитна вълна. Докато разпространява чрез материал, неговите електрически и магнитни полета "смущават" заредените частици, с които той влиза в контакт. Тези смущения след това причиняват частиците да излъчват светлина със същата честота, но с фазово изместване. Сумата от всички тези вълни, произведени от "смущения", ще доведе до електромагнитна вълна със същата честота като оригиналната светлина, но с по-къса дължина на вълната и, следователно, с по-малка скорост.
Интересно е, че колкото бързо се движи светлината, пътят му може да бъде огънат, докато минава покрай региони в пространството с интензивни гравитационни полета. Това е доста лесно да се види в галактически клъстери, които съдържат много материя (включително тъмна материя), която изкривява пътя на светлината от по-далечни обекти, като квазари.
Светлинни и гравитационни вълни
Настоящите теории на физиката прогнозират, че гравитационните вълни също пътуват със скоростта на светлината, но това е все още като се утвърждава като учените изучават феномена на гравитационните вълни от сблъскващи се черни дупки и неутрони звезди. В противен случай няма други обекти, които пътуват толкова бързо. Теоретично те могат да получат близо до скоростта на светлината, но не по-бърза.
Едно изключение от това може да е самото пространство-време. Изглежда толкова далечно галактики се отдалечават от нас по-бързо от скоростта на светлината. Това е "проблем", който учените все още се опитват да разберат. Едно интересно следствие от това обаче е, че система за пътуване, основана на идеята за а деформация. При такава технология космическият кораб е в покой спрямо пространството и всъщност е пространство който се движи, като сърфист, който язди вълна по океана. Теоретично това може да даде възможност за свръхлюминално пътуване. Разбира се, има и други практически и технологични ограничения, които стоят на пътя, но това е интересна научно-фантастична идея, която добива известен научен интерес.
Време за пътуване за светлина
Един от въпросите, които астрономите получават от членовете на обществеността, е: „колко време ще отнеме светлината обект X към обект Y? “Светлината им дава много точен начин за измерване на размера на Вселената чрез дефиниране разстояния. Ето някои от често срещаните измервания на разстояния:
- Земята до Луната: 1.255 секунди
- Слънцето към Земята: 8.3 минути
- Нашето Слънце към следващата най-близка звезда: 4.24 години
- Отвъд нашата млечен път галактика: 100 000 години
- На най-близките спирална галактика (Андромеда): 2,5 милиона години
- Ограничение на наблюдаваното вселена до Земята: 13,8 милиарда години
Интересното е, че има обекти, които са извън нашата способност да виждаме, просто защото Вселената се разширява, а някои са "над хоризонта", отвъд които не можем да видим. Те никога няма да влязат в нашето виждане, независимо колко бързо пътува светлината им. Това е един от завладяващите ефекти от живота в разширяваща се вселена.
Редактиран от Каролин Колинс Петерсен