Valo liikkuu maailmankaikkeuden nopeudella, jonka tähtitieteilijät voivat mitata. Itse asiassa valon nopeus on kosminen nopeusrajoitus, eikä mikään tiedetä liikkuvan nopeammin. Kuinka nopeasti valo liikkuu? Tämä raja voidaan mitata, ja se auttaa myös määrittelemään ymmärryksemme maailmankaikkeuden koosta ja iästä.
Mikä on valo: aalto tai hiukkas?
Valo liikkuu nopeasti, nopeudella 299, 792, 458 metriä sekunnissa. Kuinka se voi tehdä tämän? Tämän ymmärtämiseksi on hyödyllistä tietää mikä valo todella on ja se on suurelta osin 1900-luvun löytö.
Valon luonne oli suuri mysteeri vuosisatojen ajan. Tutkijoilla oli vaikeuksia ymmärtää sen aallon ja hiukkasten luonteen käsitettä. Jos se oli aalto, mitä se eteni? Miksi näytti matkustavan samalla nopeudella kaikkiin suuntiin? Ja mitä valon nopeus voi kertoa meille kosmosta? Vasta Albert Einstein kuvasi tätä teoriaa erityinen suhteellisuusteoria vuonna 1905 kaikki keskittyi. Einstein väitti, että tila ja aika olivat suhteellisia ja että valon nopeus oli vakio, joka yhdisti nämä kaksi.
Mikä on valon nopeus?
Usein todetaan, että valon nopeus on vakio eikä mikään voi kulkea nopeammin kuin valon nopeus. Tämä ei ole täysin tarkka. Arvo 299 792 458 metriä sekunnissa (186 282 mailia sekunnissa) on valon nopeus tyhjiössä. Valo tosin hidastuu, kun se kulkee erilaisten välineiden läpi. Esimerkiksi, kun se liikkuu lasin läpi, se hidastuu noin kahteen kolmasosaan nopeudesta tyhjiössä. Jopa ilmassa, mikä on lähes tyhjiö, valo hidastuu hieman. Avaruuden läpi liikkuessaan se kohtaa kaasu- ja pölypilviä sekä painovoimakenttiä, ja ne voivat muuttaa nopeutta pienellä pientä. Kaasu- ja pölypilvet imevät myös osan valosta sen läpi.
Tämä ilmiö liittyy valon luonteeseen, joka on sähkömagneettinen aalto. Kun se leviää materiaalin läpi, sen sähköiset ja magneettikentät "häiritsevät" varautuneita hiukkasia, joiden kanssa se joutuu kosketukseen. Nämä häiriöt saavat hiukkaset säteilemään valoa samalla taajuudella, mutta vaihesiirrolla. Kaikkien näiden "häiriöiden" tuottamien aaltojen summa johtaa sähkömagneettiseen aaltoon, jolla on sama taajuus kuin alkuperäisellä valolla, mutta jolla on lyhyempi aallonpituus ja siten pienempi nopeus.
Mielenkiintoista, niin nopeasti kuin valo liikkuu, sen polku voidaan taivuttaa kulkiessaan avaruudessa olevien alueiden läpi voimakkaiden gravitaatiokenttien kanssa. Tämä on melko helposti havaittavissa galaksiklusterissa, jotka sisältävät paljon ainetta (mukaan lukien tumma aine), joka vie valoteen kauempana olevista esineistä, kuten kvasareista.
Valonopeus ja gravitaation aallot
Nykyiset fysiikan teoriat ennustavat, että myös painovoima-aallot kulkevat valon nopeudella, mutta tämä on silti vahvistuksen tiedemiesten tutkiessa painovoima-aaltojen ilmiötä törmättäessä mustia reikiä ja neutronia tähteä. Muuten ei ole muita esineitä, jotka matkustavat niin nopeasti. Teoriassa he voivat saada lähellä valon nopeus, mutta ei nopeammin.
Yksi poikkeus tähän voi olla itse avaruus-aika. Näyttää siltä, että kaukainen galaksit ovat siirtymässä meistä nopeammin kuin valon nopeus. Tämä on "ongelma", jonka tutkijat yrittävät edelleen ymmärtää. Yksi mielenkiintoinen seuraus tästä on kuitenkin, että matkajärjestelmä, joka perustuu ajatukseen poimuajo. Tällaisessa tekniikassa avaruusalus on levossa suhteessa avaruuteen ja se todella on tila joka liikkuu kuin surffaaja, joka ajaa aaltoa merellä. Teoreettisesti tämä saattaa mahdollistaa superluminal-matkan. Tietenkin on myös muita käytännöllisiä ja teknologisia rajoituksia, jotka ovat tiellä, mutta se on mielenkiintoinen tieteiskirjallisuusidea, joka herättää tieteellistä mielenkiintoa.
Matka-ajat valolle
Yksi astronomien yleisön jäseniltä saamista kysymyksistä on: "kuinka kauan kestää valoa siirtyäkseen esine X kohteeseen objekti Y? "Valo antaa heille erittäin tarkan tavan mitata maailmankaikkeuden koko määrittelemällä etäisyydet. Tässä on muutama yleisimmistä etäisyysmittauksista:
- Maa kuuhun: 1.255 sekuntia
- Aurinko maan päälle: 8,3 minuuttia
- Aurinko meidän seuraavaan lähimpään tähtiin: 4,24 vuotta
- Koko meidän Linnunrata galaksi: 100 000 vuotta
- Lähin spiraaligalaksi (Andromeda): 2,5 miljoonaa vuotta
- Havaittavan raja maailmankaikkeus maahan: 13,8 miljardia vuotta
Mielenkiintoista on, että on esineitä, jotka eivät ole kykyämme nähdä vain siksi, että maailmankaikkeus laajenee, ja jotkut ovat "horisontin yli", jonka ulkopuolella emme näe. He eivät koskaan tule meidän näkemykseemme riippumatta siitä, kuinka nopeasti heidän valo kulkee. Tämä on yksi kiehtovista vaikutuksista, joita elää laajentuvassa maailmankaikkeudessa.
Muokannut Carolyn Collins Petersen