يتحرك الضوء عبر الكون بأقصى سرعة يستطيع الفلكيون قياسها. في الواقع ، إن سرعة الضوء هي حد السرعة الكونية ، ولا يُعرف شيء يتحرك بشكل أسرع. ما مدى سرعة تحرك الضوء؟ يمكن قياس هذا الحد وهو يساعد أيضًا في تحديد فهمنا لحجم الكون وعمره.
ما هو الضوء: موجة أم جسيم؟
ينتقل الضوء بسرعة ، بسرعة 299 ، 792 ، 458 مترًا في الثانية. كيف يمكنها فعل ذلك؟ لفهم ذلك ، من المفيد معرفة ما هو الضوء في الواقع وهذا اكتشاف إلى حد كبير في القرن العشرين.
كانت طبيعة الضوء لغزا كبيرا لقرون. واجه العلماء صعوبة في استيعاب مفهوم الموجة والطبيعة الجسيمية. إذا كانت موجة ما الذي انتشرت من خلاله؟ لماذا يبدو أنها تسير بنفس السرعة في جميع الاتجاهات؟ وماذا يمكن أن تخبرنا سرعة الضوء عن الكون؟ لم يكن حتى وصف ألبرت أينشتاين هذه النظرية النسبية الخاصة في عام 1905 تم التركيز على كل شيء. جادل أينشتاين بأن المكان والزمان نسبيان وأن سرعة الضوء هي الثابت الذي يربط الاثنين.
ما هي سرعة الضوء؟
غالبًا ما يُقال أن سرعة الضوء ثابتة ولا يمكن لأي شيء أن يسافر أسرع من سرعة الضوء. هذا ليس كذلك تماما دقيق. تبلغ قيمة 299،792،458 مترًا في الثانية (186،282 ميلًا في الثانية) سرعة الضوء في الفراغ. ومع ذلك ، يتباطأ الضوء في الواقع لأنه يمر عبر وسائط مختلفة. على سبيل المثال ، عندما يتحرك من خلال الزجاج ، فإنه يتباطأ إلى حوالي ثلثي سرعته في الفراغ. حتى في الهواء ، وهو
تقريبا فراغ ، يتباطأ الضوء قليلاً. أثناء تحركها عبر الفضاء ، تصادف غيوم من الغاز والغبار ، بالإضافة إلى حقول الجاذبية ، والتي يمكن أن تغير السرعة قليلاً. تمتص غيوم الغاز والغبار أيضًا بعض الضوء أثناء مروره.هذه الظاهرة لها علاقة بطبيعة الضوء ، وهي موجة كهرومغناطيسية. وبينما تنتشر من خلال مادة ، فإن المجالات الكهربائية والمغناطيسية "تزعج" الجسيمات المشحونة التي تتلامس معها. تؤدي هذه الاضطرابات بعد ذلك إلى إشعاع الجسيمات للضوء عند نفس التردد ، ولكن مع تحول طوري. مجموع كل هذه الموجات الناتجة عن "الاضطرابات" سيؤدي إلى موجة كهرومغناطيسية بنفس تردد الضوء الأصلي ، ولكن بطول موجة أقصر ، وبالتالي سرعة أبطأ.
من المثير للاهتمام ، أنه بمجرد تحرك الضوء ، يمكن أن ينحني مساره أثناء مروره من قبل المناطق في الفضاء مع حقول الجاذبية الشديدة. يمكن رؤية هذا بسهولة إلى حد ما في عناقيد المجرات ، التي تحتوي على الكثير من المادة (بما في ذلك المادة المظلمة) ، والتي تشوه مسار الضوء من الأجسام البعيدة ، مثل الكوازارات.
سرعة الضوء وموجات الجاذبية
تتوقع النظريات الحالية للفيزياء أن موجات الجاذبية تنتقل أيضًا بسرعة الضوء ، ولكن هذا لا يزال يتم تأكيدها عندما يدرس العلماء ظاهرة موجات الجاذبية من اصطدام الثقوب السوداء والنيوترون النجوم. خلاف ذلك ، لا توجد أشياء أخرى تسافر بهذه السرعة. من الناحية النظرية ، يمكنهم الحصول عليها قريب من سرعة الضوء ، ولكن ليس بشكل أسرع.
قد يكون الاستثناء الوحيد لهذا هو الزمكان نفسه. يبدو أن هذا بعيد المجرات تبتعد عنا أسرع من سرعة الضوء. هذه "مشكلة" ما زال العلماء يحاولون فهمها. ومع ذلك ، فإن إحدى النتائج المثيرة للاهتمام لهذا هي أن نظام السفر على أساس فكرة محرك الاعوجاج. في مثل هذه التقنية ، تكون المركبة الفضائية في حالة راحة بالنسبة للفضاء وهي في الواقع الفراغ يتحرك ، مثل راكب الأمواج يركب موجة على المحيط. نظريًا ، قد يسمح هذا بالسفر فوق السطوع. بالطبع ، هناك قيود عملية وتكنولوجية أخرى تقف في الطريق ، لكنها فكرة خيالية علمية مثيرة للاهتمام تحظى ببعض الاهتمام العلمي.
أوقات السفر للضوء
أحد الأسئلة التي يطرحها علماء الفلك من أفراد الجمهور هو: "كم من الوقت سيستغرق الانتقال الكائن X إلى الكائن Y؟ "يمنحهم الضوء طريقة دقيقة جدًا لقياس حجم الكون من خلال التعريف المسافات. فيما يلي عدد قليل من قياسات المسافة الشائعة:
- الأرض إلى القمر: 1.255 ثانية
- الشمس إلى الأرض: 8.3 دقائق
- شمسنا إلى أقرب نجم قريب4.24 سنة
- عبر موقعنا درب التبانة المجرة: 100000 سنة
- إلى الأقرب المجرة الحلزونية (أندروميدا): 2.5 مليون سنة
- الحد الملحوظ كون الى الارض13.8 مليار سنة
ومن المثير للاهتمام ، أن هناك أشياء تتجاوز قدرتنا على الرؤية ببساطة لأن الكون يتوسع ، وبعضها "فوق الأفق" ولا يمكننا بعد ذلك رؤيته. لن يأتوا إلى وجهة نظرنا أبدًا ، بغض النظر عن مدى سرعة انتقال الضوء. هذه واحدة من التأثيرات الرائعة للعيش في الكون الآخذ في الاتساع.
حررت بواسطة كارولين كولينز بيترسن