A fizikusok egykor megpróbálták a fényt „üldözni” (Illusztratív kép: Getty).
A történet, amely évszázadokon átível Galilei kudarcba fulladt kísérletétől Einstein modernkori igazolásáig, megmagyarázta azt, ami lehetetlennek tűnt.
Galileitől a fénysebesség első méréséig
A 17. század előtt a legtöbb elmélet úgy vélte, hogy a fény azonnal terjed, vagy hogy a sebessége abszolút. Galileo Galilei azonban elsőként megkérdőjelezte ezt a hipotézist.
1638-ban asszisztensével kísérletet végeztek két hegyen, lámpások segítségével mérve a fény késleltetését. A késleltetés azonban olyan kicsi volt (mikroszekundumos szinten), hogy a korabeli eszközök és emberi reflexek nem tudták megmérni a tényleges fénysebességet. A kudarc ellenére Galilei arra a következtetésre jutott, hogy a fénynek, "ha nem is pillanatnyinak, de rendkívül gyorsnak kell lennie".
Galilei kísérlete arra a felfedezésre vezetett, hogy a fénysebesség véges, de ez a szám végtelenül nagy (Kép: Medium).
Mindössze néhány évtizeddel később Ole Römer csillagász adta meg az első becslést. A Jupiter Io holdját megfigyelve észrevette, hogy az Io Jupiter árnyékába való belépésének és onnan való kilépésének időzítése a Föld pályáján elfoglalt helyzetétől függően változik.
Römer ezt a több mint 10 perces kumulatív eltérést azzal magyarázta, hogy a fénynek több időre van szüksége a nagyobb távolság megtételéhez. Ebből kiindulva a fénysebességet körülbelül 214 000 km/másodpercre becsülte, ami akkoriban forradalmi eredménynek számított.
1849-ben Hippolyte Fizeau fizikus elsőként mérte meg közvetlenül a fénysebességet egy nagy sebességű forgó fogaskerék és egy 8 km-re elhelyezett tükör segítségével.
Amikor a fogaskerekek olyan gyorsan forogtak, hogy a fényt eltakarta a következő fog, Fizeau a sebességet körülbelül 315 000 km/másodpercnek számította, ami kevesebb mint 5%-os hibát jelent a mai értékekhez képest. Ez egy fordulópont volt, amely a fényt kvantitatív vizsgálat tárgyává tette, nem pedig hipotézissé.
Einstein és az univerzum abszolút határai
A legnagyobb kérdés továbbra is az, hogy miért a fénysebesség a végső határ? A 20. század elején Albert Einstein híres elméleteivel megoldotta ezt a problémát.
Feltette a kérdést: ha egy zseblámpát csatlakoztatnánk egy nagy sebességgel mozgó rakétához, vajon a kibocsátott fény meghaladná-e a vákuumban kibocsátott fényt? A meglepő válasz nem volt, mivel az idő és a tér nem abszolút.
Albert Einstein megoldotta a fény problémáját az elméletével (Fotó: Getty).
A speciális relativitáselmélet (1905) szerint, amikor egy tárgy gyorsan mozog, a tömege növekszik, és az idő lelassul. Amikor eléri a fénysebességet, az idő megáll, a tömeg végtelenné válik, és nem tud tovább gyorsulni. Ez azt jelenti, hogy egyetlen részecske sem képes lehagyni a fényt.
Későbbi kísérletek fokozatosan megerősítették Einstein elméletét. 1964-ben Bill Bertozzi kutató az MIT-n elektronokat gyorsított, és felfedezte, hogy minél közelebb kerülnek az elektronok a fénysebességhez, annál nehezebbek lesznek, odáig menően, hogy már nem tudnak gyorsulni.
Az 1970-es években Joseph Hafele és Richard Keating fizikusok cézium atomórákat vittek repülőre, és körberepülték a világot . Visszatérésük után az órák lassabban jártak, mint a hagyományos laboratóriumi órák. Ez az idődilatáció egyértelmű bizonyítéka volt.
Manapság még a műholdakon lévő GPS-rendszereknek is a relativitáselmélet alapján kell időkorrekciókat számolniuk. Ennek figyelmen kívül hagyása akár több kilométeres pozicionálási hibákat is eredményezhet, ami a teljes modern rendszerek teljes összeomlását okozhatja.
A fénysebesség tehát nem csupán egy száraz szám, hanem a természet alapvető határa, a modern fizika és technológia alapja.
Galilei kudarcaitól Römer haladásán, Fizeau találékonyságán át Einstein zsenialitásáig a fény története egyetlen igazságot bizonyított: ebben az univerzumban semmi sem haladhat gyorsabban a fénynél.
Forrás: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/trong-vu-tru-co-thu-gi-nhanh-hon-anh-sang-20250929072502675.htm
Hozzászólás (0)