Υπάρχει κάτι στο σύμπαν πιο γρήγορο από το φως;

(Νταν Τρι) - Το φως ταξιδεύει με ταχύτητα 299.792.458 χλμ./δευτερόλεπτο, ένας αριθμός που θεωρείται το απόλυτο όριο του σύμπαντος. Αλλά γιατί η ταχύτητα του φωτός είναι πεπερασμένη και γιατί τίποτα δεν μπορεί να ξεπεράσει αυτό το φράγμα;

Κάποτε οι φυσικοί προσπάθησαν να «κυνηγήσουν» το φως (Εικονογράφηση: Getty).

Η ιστορία εκτείνεται σε αιώνες, από το αποτυχημένο πείραμα του Γαλιλαίου μέχρι τις σύγχρονες επαληθεύσεις του Αϊνστάιν, εξηγώντας το φαινομενικά αδύνατο.

Από τον Γαλιλαίο μέχρι τις πρώτες μετρήσεις της ταχύτητας του φωτός

Πριν από τον 17ο αιώνα, οι περισσότερες θεωρίες πίστευαν ότι το φως διαδίδεται ακαριαία ή ότι η ταχύτητά του είναι απόλυτη. Ωστόσο, ο Γαλιλαίος Γαλιλέι ήταν ο πρώτος που αμφισβήτησε αυτή την υπόθεση.

Το 1638, αυτός και οι βοηθοί του διεξήγαγαν ένα πείραμα σε δύο βουνά, χρησιμοποιώντας φανάρια με στόχο τη μέτρηση της καθυστέρησης του φωτός. Ωστόσο, η καθυστέρηση ήταν τόσο μικρή (της τάξης των μικροδευτερολέπτων) που ο εξοπλισμός και τα ανθρώπινα αντανακλαστικά της εποχής δεν μπορούσαν να μετρήσουν την πραγματική ταχύτητα του φωτός. Παρά την αποτυχία, ο Γαλιλαίος κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το φως, «αν όχι στιγμιαίο, πρέπει να είναι εξαιρετικά γρήγορο».

Τα πειράματα του Γαλιλαίου τον βοήθησαν να ανακαλύψει ότι η ταχύτητα του φωτός είναι πεπερασμένη, αλλά αυτός ο αριθμός είναι εξαιρετικά μεγάλος (Φωτογραφία: Medium).

Μόλις λίγες δεκαετίες αργότερα, ο αστρονόμος Όλε Ρέμερ έκανε την πρώτη εκτίμηση. Κοιτάζοντας το φεγγάρι του Δία, την Ιώ, παρατήρησε ότι ο χρόνος διέλευσης της Ιώ από και προς τη σκιά του Δία ποικίλλει ανάλογα με τη θέση της Γης στην τροχιά της.

Αυτή η σωρευτική απόκλιση άνω των 10 λεπτών εξηγήθηκε από τον Ρέμερ ως αποτέλεσμα του επιπλέον χρόνου που χρειάζεται το φως για να διανύσει τη μεγαλύτερη απόσταση. Από αυτό, εκτίμησε την ταχύτητα του φωτός σε περίπου 214.000 χλμ./δευτ., ένα επαναστατικό αποτέλεσμα για την εποχή.

Το 1849, ο φυσικός Ιππόλυτος Φιζώ μέτρησε για πρώτη φορά απευθείας την ταχύτητα του φωτός χρησιμοποιώντας ένα περιστρεφόμενο γρανάζι υψηλής ταχύτητας σε συνδυασμό με ένα ανακλαστικό κάτοπτρο τοποθετημένο 8 χιλιόμετρα μακριά.

Όταν τα γρανάζια περιστρέφονταν τόσο γρήγορα που το φως μπλοκαριζόταν από το επόμενο δόντι, ο Fizeau υπολόγισε μια ταχύτητα περίπου 315.000 km/s, εντός του 5% της σημερινής τιμής. Αυτό ήταν το σημείο καμπής που κατέστησε το φως αντικείμενο ποσοτικής μελέτης και όχι υπόθεσης.

Ο Αϊνστάιν και τα Απόλυτα Όρια του Σύμπαντος

Το μεγαλύτερο ερώτημα παραμένει: γιατί η ταχύτητα του φωτός είναι το απόλυτο όριο; Στις αρχές του 20ού αιώνα, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έλυσε αυτό το πρόβλημα με τις διάσημες θεωρίες του.

Έθεσε το ερώτημα: αν ένας φακός ήταν τοποθετημένος σε έναν πύραυλο που κινείται με μεγάλη ταχύτητα, θα υπερέβαινε το φως που εκπέμπεται από το φως στο κενό; Η εκπληκτική απάντηση ήταν όχι, επειδή ο χρόνος και ο χώρος δεν είναι απόλυτοι.

Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έλυσε το πρόβλημα του φωτός με τη θεωρία του (Φωτογραφία: Getty).

Σύμφωνα με την ειδική θεωρία της σχετικότητας (1905), όταν ένα αντικείμενο κινείται γρήγορα, η μάζα του αυξάνεται και ταυτόχρονα ο χρόνος επιβραδύνεται. Όταν φτάσει την ταχύτητα του φωτός, ο χρόνος σταματά, η μάζα γίνεται άπειρη και δεν μπορεί να επιταχυνθεί περαιτέρω. Αυτό καθιστά αδύνατο για οποιοδήποτε σωματίδιο ύλης να ξεπεράσει το φως.

Αργότερα πειράματα επιβεβαίωσαν σταδιακά τη θεωρία του Αϊνστάιν. Το 1964, ο ερευνητής του MIT, Μπιλ Μπερτότσι, επιτάχυνε τα ηλεκτρόνια και ανακάλυψε ότι καθώς τα ηλεκτρόνια πλησίαζαν την ταχύτητα του φωτός, γίνονταν τόσο βαριά που δεν μπορούσαν πλέον να επιταχυνθούν.

Τη δεκαετία του 1970, δύο φυσικοί, ο Joseph Hafele και ο Richard Keating, πήραν ατομικά ρολόγια καισίου σε ένα αεροπλάνο για να πετάξουν σε όλο τον κόσμο . Όταν επέστρεψαν, τα ρολόγια έτρεχαν πιο αργά από το τυπικό ρολόι στο εργαστήριο. Αυτό ήταν σαφής απόδειξη της διαστολής του χρόνου.

Στις μέρες μας, ακόμη και τα συστήματα GPS σε δορυφόρους πρέπει να υπολογίζουν τις διορθώσεις χρόνου σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας. Αν αγνοηθεί, το σφάλμα τοποθέτησης μπορεί να φτάσει τα χιλιόμετρα, προκαλώντας την πλήρη κατάρρευση ολόκληρου του σύγχρονου μηχανικού συστήματος.

Η ταχύτητα του φωτός δεν είναι επομένως απλώς ένας αόριστος αριθμός, αλλά ένα θεμελιώδες όριο της φύσης, το θεμέλιο της σύγχρονης φυσικής και τεχνολογίας.

Από τις αποτυχίες του Γαλιλαίου, την πρόοδο του Ρέμερ, την εφευρετικότητα του Φιζό μέχρι την ιδιοφυΐα του Αϊνστάιν, η ιστορία του φωτός έχει αποδείξει μια αλήθεια: σε αυτό το σύμπαν, τίποτα δεν μπορεί να πάει γρηγορότερα από το φως.

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