آیا چیزی در کیهان وجود دارد که سریع‌تر از نور باشد؟

(دن تری) - نور با سرعت ۲۹۹,۷۹۲,۴۵۸ کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کند، عددی که به عنوان حد مطلق جهان در نظر گرفته می‌شود. اما چرا سرعت نور محدود است و چرا هیچ چیز نمی‌تواند از این مانع فراتر رود؟

فیزیکدانان زمانی سعی کردند نور را «تعقیب» کنند (تصویر: گتی).

این داستان قرن‌ها را در بر می‌گیرد، از آزمایش ناموفق گالیله تا تأییدهای مدرن انیشتین که به ظاهر غیرممکن را توضیح می‌دهد.

از گالیله تا اولین اندازه‌گیری‌های سرعت نور

قبل از قرن هفدهم، اکثر نظریه‌ها معتقد بودند که نور به صورت آنی منتشر می‌شود، یا سرعت آن مطلق است. با این حال، گالیله اولین کسی بود که به این فرضیه شک کرد.

در سال ۱۶۳۸، او و دستیارانش با استفاده از فانوس‌ها، آزمایشی را در دو کوه انجام دادند تا تأخیر نور را اندازه‌گیری کنند. با این حال، این تأخیر آنقدر کوچک بود (در حد میکروثانیه) که تجهیزات و واکنش‌های انسانی آن زمان نمی‌توانستند سرعت واقعی نور را اندازه‌گیری کنند. با وجود این شکست، گالیله نتیجه گرفت که نور، «اگر آنی نباشد، باید بسیار سریع باشد.»

آزمایش‌های گالیله به او کمک کرد تا کشف کند که سرعت نور محدود است، اما این عدد فوق‌العاده بزرگ است (عکس: Medium).

تنها چند دهه بعد، ستاره‌شناس اوله رومر اولین تخمین را انجام داد. او با نگاه به قمر مشتری، آیو، متوجه شد که زمان‌بندی عبور آیو از سایه مشتری و خروج آن از آن با موقعیت زمین در مدارش تغییر می‌کند.

رومر این اختلاف تجمعی بیش از ۱۰ دقیقه‌ای را نتیجه‌ی زمان اضافی مورد نیاز برای طی کردن مسافت طولانی‌تر توسط نور دانست. از این رو، او سرعت نور را حدود ۲۱۴۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه تخمین زد که در آن زمان نتیجه‌ای انقلابی بود.

در سال ۱۸۴۹، فیزیکدان هیپولیت فیزو برای اولین بار به طور مستقیم سرعت نور را با استفاده از یک چرخ دنده چرخان پرسرعت همراه با یک آینه بازتابنده که در فاصله ۸ کیلومتری قرار داشت، اندازه گیری کرد.

وقتی چرخ‌دنده‌ها آنقدر سریع چرخیدند که نور توسط دندانه بعدی مسدود شد، فیزو سرعتی حدود ۳۱۵۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه را محاسبه کرد که در محدوده ۵٪ از مقدار امروزی بود. این نقطه عطفی بود که نور را به جای یک فرضیه، به موضوع مطالعه کمی تبدیل کرد.

انیشتین و محدودیت‌های مطلق جهان

بزرگترین سوال همچنان باقی است: چرا سرعت نور حد نهایی است؟ در اوایل قرن بیستم، آلبرت انیشتین این مشکل را با نظریه‌های معروف خود حل کرد.

او این سوال را پرسید: اگر یک چراغ قوه روی موشکی که با سرعت بالا حرکت می‌کند نصب شود، آیا نور ساطع شده از آن از نور موجود در خلأ بیشتر می‌شود؟ پاسخ شگفت‌انگیز منفی بود، زیرا زمان و مکان مطلق نیستند.

آلبرت انیشتین با نظریه خود مشکل نور را حل کرد (عکس: گتی).

طبق نظریه نسبیت خاص (۱۹۰۵)، وقتی جسمی با سرعت زیاد حرکت می‌کند، جرم آن افزایش می‌یابد و همزمان زمان کند می‌شود. وقتی به سرعت نور می‌رسد، زمان متوقف می‌شود، جرم بی‌نهایت می‌شود و دیگر نمی‌تواند شتاب بیشتری بگیرد. این امر باعث می‌شود که هیچ ذره‌ای از ماده نتواند از نور پیشی بگیرد.

آزمایش‌های بعدی به تدریج نظریه انیشتین را تأیید کردند. در سال ۱۹۶۴، بیل برتوزی، محقق MIT، به الکترون‌ها شتاب داد و کشف کرد که وقتی الکترون‌ها به سرعت نور نزدیک می‌شوند، آنقدر سنگین می‌شوند که دیگر نمی‌توانند شتاب بگیرند.

در دهه ۱۹۷۰، دو فیزیکدان، جوزف هافله و ریچارد کیتینگ، ساعت‌های اتمی سزیمی را با هواپیما به سفر دور دنیا بردند. وقتی برگشتند، ساعت‌ها کندتر از ساعت استاندارد آزمایشگاه کار می‌کردند. این گواه روشنی بر اتساع زمان بود.

امروزه حتی سیستم‌های GPS روی ماهواره‌ها نیز باید اصلاحات زمانی را طبق نظریه نسبیت محاسبه کنند. در صورت نادیده گرفتن، خطای موقعیت‌یابی می‌تواند تا کیلومترها برسد و باعث فروپاشی کامل کل سیستم مکانیکی مدرن شود.

بنابراین سرعت نور فقط یک عدد خشک و خالی نیست، بلکه یک حد اساسی طبیعت و پایه و اساس فیزیک و فناوری مدرن است.

از شکست‌های گالیله، پیشرفت‌های رومر، نبوغ فیزو تا نبوغ انیشتین، داستان نور یک حقیقت را ثابت کرده است: در این جهان، هیچ چیز نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند.

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