هل يوجد شيء في الكون أسرع من الضوء؟

(دان تري) - ينتقل الضوء بسرعة ٢٩٩,٧٩٢,٤٥٨ كم/ثانية، وهو رقم يُعتبر الحدّ المطلق للكون. ولكن لماذا سرعة الضوء محدودة، ولماذا لا يمكن لأي شيء أن يتجاوز هذا الحد؟

حاول الفيزيائيون ذات مرة "مطاردة" الضوء (صورة توضيحية: جيتي).

وتمتد القصة على مدى قرون، من تجربة جاليليو الفاشلة إلى التحقق الحديث من قبل أينشتاين، موضحة ما يبدو مستحيلا.

من جاليليو إلى القياسات الأولى لسرعة الضوء

قبل القرن السابع عشر، اعتقدت معظم النظريات أن الضوء ينتشر لحظيًا، أو أن سرعته مطلقة. إلا أن غاليليو غاليلي كان أول من شكك في هذه الفرضية.

في عام ١٦٣٨، أجرى هو ومساعدوه تجربةً على جبلين، باستخدام الفوانيس، بهدف قياس تأخر الضوء. إلا أن التأخر كان ضئيلاً للغاية (بحدود الميكروثانية)، لدرجة أن المعدات وردود الفعل البشرية آنذاك لم تتمكن من قياس السرعة الفعلية للضوء. ورغم الفشل، استنتج غاليليو أن الضوء، "إن لم يكن لحظيًا، فلا بد أن يكون سريعًا للغاية".

ساعدت تجارب جاليليو في اكتشاف أن سرعة الضوء محدودة، لكن هذا الرقم كبير للغاية (الصورة: Medium).

بعد بضعة عقود فقط، أجرى عالم الفلك أولي رومر أول تقدير. فعند النظر إلى قمر المشتري، آيو، لاحظ أن توقيت دخول آيو إلى ظل المشتري وخروجه منه يختلف باختلاف موقع الأرض في مداره.

فسّر رومر هذا التفاوت التراكمي، الذي تجاوز عشر دقائق، بأنه نتيجة للوقت الإضافي الذي يستغرقه الضوء لقطع المسافة الأطول. وبناءً على ذلك، قدّر سرعة الضوء بحوالي 214,000 كم/ثانية، وهي نتيجة ثورية آنذاك.

في عام 1849، قام الفيزيائي هيبوليت فيزو لأول مرة بقياس سرعة الضوء بشكل مباشر باستخدام ترس دوار عالي السرعة مدمج مع مرآة عاكسة موضوعة على بعد 8 كم.

عندما دارت التروس بسرعة كبيرة لدرجة أن السن التالي حجب الضوء، حسب فيزو سرعةً بلغت حوالي 315,000 كم/ثانية، أي ما يقارب 5% من القيمة الحالية. كانت هذه نقطة التحول التي جعلت الضوء موضوع دراسة كمية بدلاً من فرضية.

أينشتاين والحدود المطلقة للكون

يبقى السؤال الأكبر: لماذا تُعتبر سرعة الضوء الحد الأقصى؟ في أوائل القرن العشرين، حلّ ألبرت أينشتاين هذه المشكلة بنظرياته الشهيرة.

سأل سؤالاً: لو وُضِعَ مصباحٌ يدويٌّ على صاروخٍ يتحرك بسرعةٍ عالية، فهل سيتجاوز الضوءُ المنبعثُ منه الضوءَ في الفراغ؟ كانت الإجابةُ المُفاجئةُ لا، لأنَّ الزمانَ والمكانَ ليسا مُطلقَين.

حل ألبرت أينشتاين مشكلة الضوء بنظريته (الصورة: جيتي).

وفقًا لنظرية النسبية الخاصة (١٩٠٥)، عندما يتحرك جسم بسرعة، تزداد كتلته، وفي الوقت نفسه يتباطأ الزمن. وعندما يصل إلى سرعة الضوء، يتوقف الزمن، وتصبح الكتلة لا نهائية ولا يمكنها التسارع أكثر من ذلك. وهذا يجعل من المستحيل على أي جسيم من جسيمات المادة أن يتجاوز سرعة الضوء.

أكدت التجارب اللاحقة تدريجيًا نظرية أينشتاين. في عام ١٩٦٤، قام الباحث بيل بيرتوزي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتسريع الإلكترونات، واكتشف أنه عندما تقترب الإلكترونات من سرعة الضوء، تصبح ثقيلة جدًا بحيث لا يمكنها التسارع.

في سبعينيات القرن الماضي، اصطحب الفيزيائيان جوزيف هافيل وريتشارد كيتنج ساعات ذرية من السيزيوم على متن طائرة في رحلة حول العالم . وعند عودتهما، كانت الساعات تعمل أبطأ من الساعة القياسية في المختبر. وكان هذا دليلاً واضحاً على تمدد الزمن.

في الوقت الحاضر، حتى أنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS) المُثبّتة على الأقمار الصناعية يجب أن تحسب تصحيحات زمنية وفقًا لنظرية النسبية. في حال تجاهلها، قد يصل خطأ تحديد الموقع إلى كيلومترات، مما يُؤدي إلى انهيار النظام الميكانيكي الحديث بأكمله.

وبالتالي فإن سرعة الضوء ليست مجرد رقم جاف، بل هي حد أساسي للطبيعة، وأساس الفيزياء والتكنولوجيا الحديثة.

من إخفاقات جاليليو، إلى تقدم رومر، إلى براعة فيزو إلى عبقرية أينشتاين، أثبتت قصة الضوء حقيقة واحدة: في هذا الكون، لا شيء يمكن أن يتحرك أسرع من الضوء.

المصدر: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/trong-vu-tru-co-thu-gi-nhanh-hon-anh-sang-20250929072502675.htm