Aflați despre adevărata viteză a luminii și despre modul în care este folosit

Lumina se mișcă prin univers cu viteza cea mai rapidă pe care o pot măsura astronomii. De fapt, viteza luminii este o limită de viteză cosmică și nu se știe nimic care să se miște mai repede. Cât de repede se mișcă lumina? Această limită poate fi măsurată și ajută la definirea înțelegerii noastre despre dimensiunea și vârsta universului.

Ce este lumina: unda sau particule?

Lumina călătorește rapid, cu o viteză de 299, 792, 458 metri pe secundă. Cum se poate face asta? Pentru a înțelege asta, este util să știți ce este de fapt lumina și aceasta este în mare parte o descoperire din secolul XX.

Natura luminii a fost un mare mister timp de secole. Oamenii de știință au avut probleme să înțeleagă conceptul de undă și natura particulelor sale. Dacă a fost un val prin ce s-a propagat? De ce părea să călătorească cu aceeași viteză în toate direcțiile? Și ce ne poate spune viteza luminii despre cosmos? Abia după ce Albert Einstein a descris această teorie a relativității speciale în 1905, totul a intrat în centrul atenției. Einstein a susținut că spațiul și timpul erau relative și că viteza luminii era constanta care leagă cele două.

Care este viteza luminii?

Se spune adesea că viteza luminii este constantă și că nimic nu poate călători mai rapid decât viteza luminii. Nu este în întregime exacte. Valoarea de 299.792.458 metri pe secundă (186.282 mile pe secundă) este viteza luminii într-un vid. Cu toate acestea, lumina încetinește de fapt pe măsură ce trece prin diferite suporturi. De exemplu, atunci când trece prin sticlă, acesta încetinește până la aproximativ două treimi din viteza sa în vid. Chiar și în aer, care este aproape un vid, lumina încetinește ușor. Pe măsură ce se deplasează prin spațiu, întâlnește nori de gaz și praf, precum și câmpuri gravitaționale, iar acestea pot schimba viteza un pic minuscul. Norii de gaz și praf absorb, de asemenea, o parte din lumină pe măsură ce trece.

Acest fenomen are legătură cu natura luminii, care este o undă electromagnetică. Pe măsură ce se propagă printr-un material, câmpurile sale electrice și magnetice „perturbă” particulele încărcate cu care intră în contact. Aceste tulburări determină apoi particulele să radieze lumină la aceeași frecvență, dar cu o schimbare de fază. Suma tuturor acestor unde produse de „tulburări” va duce la o undă electromagnetică cu aceeași frecvență ca lumina inițială, dar cu o lungime de undă mai scurtă și, prin urmare, cu o viteză mai lentă.

Interesant, la fel de rapid ca lumina se mișcă, calea sa poate fi îndoită pe măsură ce trece prin regiuni în spațiu cu câmpuri gravitaționale intense. Acest lucru este destul de ușor de observat în grupurile de galaxii, care conțin multă materie (inclusiv materie întunecată), care deformează calea luminii de la obiecte mai îndepărtate, cum ar fi cvasarii.

Lentilarea gravitațională și modul în care funcționează. Lumina dintr-un obiect îndepărtat trece pe lângă un obiect mai apropiat cu o puternică atracție gravitațională. Lumina este îndoită și distorsionată și creează „imagini” ale obiectului mai îndepărtat. NASA

Valuri de lumină și valuri gravitaționale

Teoriile actuale ale fizicii prezic că undele gravitaționale circulă și cu viteza luminii, dar acest lucru este încă confirmat, deoarece oamenii de știință studiază fenomenul undelor gravitaționale din găurile negre care se ciocnesc și stelele neutronice. În caz contrar, nu există alte obiecte care călătoresc atât de repede. Teoretic, ei pot obține aproape de viteza luminii, dar nu mai rapidă.

O excepție de la aceasta poate fi spațiul-timp în sine. Se pare că galaxiile îndepărtate se îndepărtează mai repede de noi decât viteza luminii. Aceasta este o „problemă” pe care oamenii de știință încă încearcă să o înțeleagă. Cu toate acestea, o consecință interesantă a acestui fapt este că un sistem de călătorie bazat pe ideea unui drive warp. Într-o astfel de tehnologie, o navă spațială este în repaus în raport cu spațiul și este de fapt spaţiu care se mișcă, ca un surfer care călărește un val pe ocean. Teoretic, acest lucru ar putea permite călătorii superluminale. Desigur, există alte limitări practice și tehnologice care stau în cale, dar este o idee interesantă de știință-ficțiune care are un interes științific. 

Timpuri de călătorie pentru lumină

Una dintre întrebările pe care astronomii le primesc de la membrii publicului este: „cât timp ar fi nevoie de lumină să treci de la obiectul X la obiectul Y?” Lumina le oferă un mod foarte precis de a măsura dimensiunea universului prin definirea distanțelor. Iată câteva dintre măsurătorile comune ale distanței:

• Pământul până la Lună: 1.255 secunde
• Soarele către Pământ: 8,3 minute
• Soarele nostru până la următoarea stea: 4,24 ani
• De-a lungul galaxiei noastre din Calea Lactee: 100.000 de ani
• La cea mai apropiată galaxie spirală (Andromeda): 2,5 milioane de ani
• Limita universului observabil pe Pământ: 13,8 miliarde de ani

Interesant este că există obiecte care sunt dincolo de capacitatea noastră de a vedea pur și simplu pentru că universul ESTE în expansiune, iar unele sunt „peste orizont” dincolo de care nu putem vedea. Ei nu vor intra niciodată în viziunea noastră, oricât de repede călătorește lumina lor. Acesta este unul dintre efectele fascinante ale vieții într-un univers în expansiune. 

Editat de Carolyn Collins Petersen