האם יש משהו ביקום שזז מהר יותר מהאור?

(דן טרי) - אור נע במהירות של 299,792,458 קמ"ש, מספר הנחשב לגבול המוחלט של היקום. אבל מדוע מהירות האור סופית, ומדוע שום דבר לא יכול לעקוף את המחסום הזה?

פיזיקאים ניסו פעם "לרדוף" אחר אור (איור: Getty).

הסיפור משתרע על פני מאות שנים, מהניסוי הכושל של גלילאו ועד לאימותים המודרניים של איינשטיין, המסבירים את הבלתי אפשרי לכאורה.

מגלילאו ועד למדידות הראשונות של מהירות האור

לפני המאה ה-17, רוב התאוריות האמינו שאור מתפשט באופן מיידי, או שמהירותו מוחלטת. עם זאת, גלילאו גליליי היה האדם הראשון שהטיל ספק בהשערה זו.

בשנת 1638, הוא ועוזריו ערכו ניסוי על שני הרים, תוך שימוש בפנסים במטרה למדוד את עיכוב האור. עם זאת, העיכוב היה כה קטן (בסדר גודל של מיקרו-שניות) עד שהציוד והרפלקסים האנושיים של התקופה לא יכלו למדוד את מהירות האור בפועל. למרות הכישלון, גלילאו הגיע למסקנה שאור, "אם לא מיידי, חייב להיות מהיר ביותר".

ניסוייו של גלילאו עזרו לו לגלות שמהירות האור סופית, אך מספר זה גדול ביותר (תמונה: Medium).

רק כמה עשורים לאחר מכן, האסטרונום אולה רומר ערך את ההערכה הראשונה. כשהוא מביט בירח של צדק, איו, הוא שם לב שתזמון המעבר של איו לתוך צילו של צדק וממנו השתנה בהתאם למיקומו של כדור הארץ במסלולו.

פער מצטבר זה של יותר מ-10 דקות הוסבר על ידי רמר כתוצאה מהזמן הנוסף שלוקח לאור לעבור את המרחק הארוך יותר. מכך, הוא העריך את מהירות האור בכ-214,000 קמ"ש, תוצאה מהפכנית באותה תקופה.

בשנת 1849, הפיזיקאי היפוליט פיזו מדד לראשונה ישירות את מהירות האור באמצעות גלגל שיניים מסתובב במהירות גבוהה בשילוב עם מראה מחזירת אור שהוצבה במרחק 8 ק"מ.

כאשר גלגלי השיניים הסתובבו כל כך מהר עד שהאור נחסם על ידי השן הבאה, פיזו חישב מהירות של כ-315,000 קמ"ש, בטווח של 5% מערך האור של היום. זו הייתה נקודת המפנה שהפכה את האור לנושא מחקר כמותי ולא להשערה.

איינשטיין וגבולות היקום המוחלטים

השאלה הגדולה ביותר נותרת בעינה: מדוע מהירות האור היא הגבול הסופי? בתחילת המאה ה-20, אלברט איינשטיין פתר בעיה זו בעזרת התיאוריות המפורסמות שלו.

הוא שאל את השאלה: אם פנס היה מורכב על טיל הנע במהירות גבוהה, האם האור הנפלט היה עולה על האור בוואקום? התשובה המפתיעה הייתה לא, כי זמן ומרחב אינם מוחלטים.

אלברט איינשטיין פתר את בעיית האור בעזרת התיאוריה שלו (צילום: Getty).

על פי תורת היחסות הפרטית (1905), כאשר גוף נע במהירות, המסה שלו גדלה, ובמקביל הזמן מאט. כאשר הוא מגיע למהירות האור, הזמן נעצר, המסה הופכת לאינסופית ואינה יכולה להאיץ עוד יותר. זה הופך את זה לבלתי אפשרי עבור כל חלקיק חומר לעקוף את האור.

ניסויים מאוחרים יותר אישרו בהדרגה את התיאוריה של איינשטיין. בשנת 1964, חוקר MIT ביל ברטוצי האיץ אלקטרונים וגילה שככל שאלקטרונים התקרבו למהירות האור, הם הפכו כה כבדים עד שלא יכלו עוד להאיץ.

בשנות ה-70, שני פיזיקאים, ג'וזף האפלה וריצ'רד קיטינג, לקחו שעוני אטום מצזיום על מטוס כדי לטוס סביב העולם . כשחזרו, השעונים פעלו לאט יותר מהשעון הסטנדרטי במעבדה. זו הייתה עדות ברורה להתארכות הזמן.

כיום, אפילו מערכות GPS על גבי לוויינים חייבות לחשב תיקוני זמן לפי תורת היחסות. אם מתעלמים מכך, שגיאת המיקום יכולה להגיע עד קילומטרים, ולגרום לקריסה מוחלטת של המערכת המכנית המודרנית כולה.

לכן, מהירות האור אינה רק מספר יבש, אלא גבול בסיסי של הטבע, הבסיס של הפיזיקה והטכנולוגיה המודרניות.

מכישלונותיו של גלילאו, דרך התקדמותו של רומר, דרך תושייתו של פיזו ועד לגאונותו של איינשטיין, סיפור האור הוכיח אמת אחת: ביקום הזה, שום דבר לא יכול לנוע מהר יותר מהאור.

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