Czy we wszechświecie istnieje coś szybszego od światła?

(Dan Tri) – Światło porusza się z prędkością 299 792 458 km/s, co jest liczbą uważaną za absolutną granicę wszechświata. Ale dlaczego prędkość światła jest skończona i dlaczego nic nie może przekroczyć tej bariery?

Fizycy kiedyś próbowali „gonić” światło (ilustracja: Getty).

Historia obejmuje okres od nieudanego eksperymentu Galileusza do współczesnych weryfikacji Einsteina, wyjaśniając rzeczy pozornie niemożliwe.

Od Galileusza do pierwszych pomiarów prędkości światła

Przed XVII wiekiem większość teorii zakładała, że ​​światło rozchodzi się natychmiastowo lub że jego prędkość jest absolutna. Jednak Galileusz jako pierwszy zakwestionował tę hipotezę.

W 1638 roku Galileusz i jego asystenci przeprowadzili eksperyment na dwóch górach, używając latarni, aby zmierzyć opóźnienie światła. Opóźnienie było jednak tak małe (rzędu mikrosekund), że ówczesny sprzęt i ludzki refleks nie były w stanie zmierzyć rzeczywistej prędkości światła. Pomimo niepowodzenia, Galileusz doszedł do wniosku, że światło, „jeśli nie jest natychmiastowe, to musi być niezwykle szybkie”.

Eksperymenty Galileusza pomogły mu odkryć, że prędkość światła jest skończona, ale liczba ta jest niezwykle duża (zdjęcie: Medium).

Zaledwie kilka dekad później astronom Ole Römer dokonał pierwszego oszacowania. Obserwując księżyc Jowisza, Io, zauważył, że moment wejścia i wyjścia Io z cienia Jowisza zmieniał się w zależności od położenia Ziemi na jego orbicie.

Ta skumulowana rozbieżność, wynosząca ponad 10 minut, została wyjaśniona przez Römera jako wynik dodatkowego czasu potrzebnego światłu na pokonanie dłuższej odległości. Na tej podstawie oszacował prędkość światła na około 214 000 km/s, co było wówczas wynikiem rewolucyjnym.

W 1849 roku fizyk Hippolyte Fizeau jako pierwszy bezpośrednio zmierzył prędkość światła za pomocą szybkoobrotowego koła zębatego połączonego z odbijającym lustrem umieszczonym w odległości 8 km.

Kiedy koła zębate obracały się tak szybko, że światło było blokowane przez kolejny ząb, Fizeau obliczył prędkość około 315 000 km/s, czyli o 5% mniej niż obecnie. To był punkt zwrotny, który uczynił światło przedmiotem badań ilościowych, a nie hipotezą.

Einstein i absolutne granice wszechświata

Pozostaje najważniejsze pytanie: dlaczego prędkość światła jest ostateczną granicą? Na początku XX wieku Albert Einstein rozwiązał ten problem swoimi słynnymi teoriami.

Zadał pytanie: gdyby latarkę zamontować na rakiecie poruszającej się z dużą prędkością, czy emitowane światło byłoby silniejsze niż w próżni? Zaskakującą odpowiedzią było: nie, ponieważ czas i przestrzeń nie są absolutne.

Albert Einstein rozwiązał problem światła za pomocą swojej teorii (zdjęcie: Getty).

Zgodnie ze szczególną teorią względności (1905), gdy obiekt porusza się szybko, jego masa rośnie, a jednocześnie czas zwalnia. Gdy obiekt osiąga prędkość światła, czas się zatrzymuje, masa staje się nieskończona i nie może już przyspieszać. To uniemożliwia jakiejkolwiek cząstce materii wyprzedzenie światła.

Późniejsze eksperymenty stopniowo potwierdzały teorię Einsteina. W 1964 roku Bill Bertozzi, naukowiec z MIT, przyspieszył elektrony i odkrył, że gdy elektrony zbliżały się do prędkości światła, stawały się tak ciężkie, że nie mogły już przyspieszać.

W latach 70. XX wieku dwaj fizycy, Joseph Hafele i Richard Keating, zabrali na pokład samolotu cezowe zegary atomowe w podróż dookoła świata . Po powrocie okazało się, że zegary chodzą wolniej niż standardowe zegary w laboratorium. Był to wyraźny dowód na dylatację czasu.

Obecnie nawet systemy GPS na satelitach muszą obliczać poprawki czasowe zgodnie z teorią względności. Jeśli się je zignoruje, błąd w pozycjonowaniu może sięgać nawet kilometrów, co doprowadzi do całkowitego załamania się całego współczesnego systemu mechanicznego.

Prędkość światła nie jest zatem jedynie suchą liczbą, lecz fundamentalną granicą natury, podstawą współczesnej fizyki i technologii.

Począwszy od niepowodzeń Galileusza, poprzez postęp Römera, pomysłowość Fizeau, aż po geniusz Einsteina, historia światła potwierdziła jedną prawdę: w tym wszechświecie nic nie może poruszać się szybciej niż światło.

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