הכל על מהירות האור ומה הוא מודד

האור נע ביקום במהירות המהירה ביותר שאסטרונומים יכולים למדוד. למעשה, מהירות האור היא מגבלת מהירות קוסמית, ולא ידוע ששום דבר ינוע מהר יותר. כמה מהר אור זז? ניתן למדוד גבול זה וזה גם עוזר להגדיר את הבנתנו את גודל היקום ואת גילו.

האור נוסע במהירות, במהירות של 299, 792, 458 מטר לשנייה. איך זה יכול לעשות זאת? כדי להבין זאת, מועיל לדעת מה האור בעצם וזה בעיקר תגלית מהמאה העשרים.

טבע האור היה תעלומה גדולה במשך מאות שנים. המדענים התקשו לתפוס את מושג טבעו הגלי והחלקיקי. אם זה היה גל, מה זה הפיץ? מדוע נראה שנסע באותה המהירות לכל הכיוונים? וכן, מה יכול מהירות האור לספר לנו על הקוסמוס? רק אלברט איינשטיין תיאר את התיאוריה הזו יחסיות מיוחדת בשנת 1905 הכל נכנס למוקד. אינשטיין טען שהמרחב והזמן היו יחסית וכי מהירות האור היא הקבועה שחיברה בין השניים.

לעיתים קרובות מצוין כי מהירות האור היא קבועה וכי דבר אינו יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור. זה לא לגמרי מדויק. הערך של 299,792,458 מטר לשנייה (186,282 מייל לשניה) הוא מהירות האור בוואקום. עם זאת, האור מאט למעשה ככל שהוא עובר דרך מדיות שונות. לדוגמא, כאשר הוא עובר דרך זכוכית, הוא מאט כשני שליש ממהירותו בוואקום. אפילו באוויר, שהוא

תופעה זו קשורה לאופי האור שהוא גל אלקטרומגנטי. כאשר הוא מתפשט באמצעות חומר, השדות החשמליים והמגנטיים שלו "מפריעים" לחלקיקים הטעונים איתם הוא בא במגע. הפרעות אלה גורמות אז לחלקיקים להקרין אור באותה תדר, אך עם מעבר פאזה. סכום כל הגלים הללו המיוצרים על ידי ה"הפרעות "יביא לגל אלקטרומגנטי בתדר זהה לזה של האור המקורי, אך עם אורך גל קצר יותר, ומכאן למהירות איטית יותר.

מעניין, מהר ככל שזוז האור, ניתן לכופף את דרכו כאשר הוא עובר באזורים בחלל עם שדות כבידה עזים. ניתן לראות זאת בקלות יחסית באשכולות גלקסיות, המכילות חומר רב (כולל חומר אפל), המעקם את מסלול האור מחפצים רחוקים יותר, כמו קוואזרים.

התיאוריות העכשוויות של הפיזיקה מנבאות שגם גלי הכבידה נעות במהירות האור, אך זה עדיין מאושרים כשמדענים חוקרים את תופעת גלי הכבידה מההתנגשות בין חורים שחורים וניוטרון כוכבים. אחרת, אין חפצים אחרים שנוסעים כל כך מהר. תיאורטית, הם יכולים להשיג קרוב ל מהירות האור, אך לא מהירה יותר.

חריג אחד לכך עשוי להיות זמן-המרחב עצמו. נראה כל כך רחוק גלקסיות מתרחקים מאיתנו מהר יותר ממהירות האור. זו "בעיה" שמדענים עדיין מנסים להבין. עם זאת, תוצאה מעניינת אחת מכך היא שמערכת נסיעות המבוססת על הרעיון של א כונן עיוות. בטכנולוגיה כזו חללית נמצאת במנוחה יחסית לחלל והיא למעשה שטח שמתנועע, כמו גולש הרוכב על גל על ​​האוקיאנוס. באופן תיאורטי, הדבר עשוי לאפשר נסיעה על גבי פנים. כמובן שישנן מגבלות מעשיות וטכנולוגיות אחרות שעומדות בדרך, אבל זה רעיון מדע-בדיוני מעניין שמקבל עניין מדעי כלשהו.

אחת השאלות שמקבלים אסטרונומים מחברי הציבור היא: "כמה זמן ייקח אור לעבור אובייקט X לאובייקט Y? "האור נותן להם דרך מדויקת מאוד למדוד את גודל היקום באמצעות הגדרה מרחקים. להלן מספר מדידות מרחק נפוצות:

• כדור הארץ לירח: 1.255 שניות
• השמש לכדור הארץ: 8.3 דקות
• השמש שלנו לכוכב הבא: 4.24 שנים
• על פנינו שביל החלב גלקסיה: 100,000 שנה
• הכי קרוב גלקסיה ספירלית (אנדרומדה): 2.5 מיליון שנה
• גבול הנצפים יקום לכדור הארץ: 13.8 מיליארד שנים

מעניין לציין שישנם חפצים שהם מעבר ליכולת שלנו לראות פשוט כי היקום מתרחב, וחלקם "מעבר לאופק" שמעבר להם איננו יכולים לראות. הם לעולם לא יגיעו לתפיסתנו, לא משנה כמה מהר האור שלהם יעבור. זו אחת ההשפעות המרתקות של חיים ביקום המתרחב.

נערך על ידי קרולין קולינס פיטרסן