ينتقل الضوء أسرع ما يمكن في الفضاء

هنا نتكلم عن الموضوع وهل ينتقل الضوء أسرع ما يمكن في الفضاء وماذا تتحدث التجارب العلمية وهل من الممكن السفر بسرعته

تبلغ سرعته في الفراغ 186،282 ميلًا في الثانية (299،792 كيلومترًا في الثانية) ، ومن الناحية النظرية لا شيء يمكن أن يسافر أسرع منه في ميل في الساعة تكون سرعته كبيرة  حوالي 670.616.629 ميل في الساعة  إذا كان بإمكانك السفر بسرعة الضوء يمكنك أن تدور حول الأرض 7.5 مرة في ثانية واحدة

 مع مرور الوقت أصبحت قياسات حركة هذه الجسيمات الشبيهة بالموجات أكثر دقة. بفضل عمل ألبرت أينشتاين وآخرين ، نفهم الآن أن سرعته هي حد نظري  يُعتقد أن سرعة الضوء – وهي ثابتة تسمى “c لا يمكن تحقيقها بأي شيء ذي كتلة   لأسباب موضحة أدناه  هذا لا يمنع كتاب الخيال العلمي ،وحتى بعض العلماء الجادين جدًا ، من تخيل نظريات بديلة من شأنها أن تسمح ببعض الرحلات السريعة للغاية حول الكون

سرعة الضوء: تاريخ النظرية

يأتي أول خطاب معروف عن سرعته من الفيلسوف اليوناني القديم أرسطو ، الذي صاغ خلافه مع عالم يوناني آخر ، إمبيدوكليس  جادل إيمبيدوكليس بأنه بسبب تحركه يجب أن يستغرق السفر بعض الوقت  لم يوافق أرسطو على اعتقاده أن الضوء يسافر على الفور

في عام 1667 ، وقف عالم الفلك الإيطالي جاليليو جاليلي شخصين على تلال تفصل بينهما مسافة أقل من ميل واحد ، وكان كل منهما يحمل فانوسًا محميًا  كشف أحدهم فانوسه  عندما رأى الثاني الفلاش ، كشف عنه أيضًا  من خلال ملاحظة المدة التي استغرقها حامل الفانوس الأول (واستخراج أوقات التفاعل) للضوء ، اعتقد أنه يستطيع حساب سرعته لسوء الحظ ، كانت مسافة جاليليو التجريبية التي تقل عن ميل واحد أصغر من أن ترى فرقًا ، لذلك كان بإمكانه فقط تحديد أن الضوء ينتقل أسرع بعشر مرات على الأقل من الصوت

في سبعينيات القرن السابع عشر ، استخدم عالم الفلك الدنماركي أولي رومر خسوف قمر المشتري   آيو   كمقياس كرونومتر لسرعته عندما أجرى أول قياس حقيقي للسرعة  على مدار عدة أشهر ، عندما مر آيو خلف كوكب الغاز العملاق ، وجد رومر أن الكسوف جاء متأخراً عن الحسابات المتوقعة ، على الرغم من أنه على مدار عدة أشهر ، اقتربوا من التنبؤات  لقد قرر أن الضوء يستغرق وقتًا للسفر من Io إلى الأرض  كان الخسوف أكثر تأخرًا عندما كان كوكب المشتري والأرض بعيدًا عن بعضهما البعض ، وكانا في الموعد المحدد لأنهما كانا أقرب

وفقًا لوكالة ناسا ، “أعطى ذلك دليلًا مقنعًا لرومر على أن الضوء ينتشر في الفضاء بسرعة معينة”

وخلص إلى أن الضوء يستغرق من 10 إلى 11 دقيقة للانتقال من الشمس إلى الأرض   وهو تقدير مبالغ فيه لأنه في الواقع يستغرق ثماني دقائق و 19 ثانية  لكن أخيرًا كان لدى العلماء رقم للعمل به – قدم حسابه سرعة 125000 ميل في الثانية (200000 كم / ثانية)

في عام 1728   بنى الفيزيائي الإنجليزي جيمس برادلي حساباته على التغيير في الموقع الظاهر للنجوم بسبب تحركات الأرض حول الشمس قدر سرعة الضوء بـ 185000 ميل في الثانية (301000 كم / ثانية) ، بدقة تصل إلى حوالي 1 بالمائة

أعادت محاولتان في منتصف القرن التاسع عشر المشكلة إلى الأرض وضع الفيزيائي الفرنسي هيبوليت فيزو شعاعًا من الضوء على عجلة مسننة تدور بسرعة مع مرآة مثبتة على بعد 5 أميال لتعكسها مرة أخرى إلى مصدرها سمح تغيير سرعة العجلة لـ Fizeau بحساب المدة التي يستغرقها الضوء للانتقال من الحفرة إلى المرآة المجاورة والعودة عبر الفجوة  استخدم الفيزيائي الفرنسي الآخر ليون فوكو مرآة دوارة بدلاً من عجلة جاءت الطريقتان المستقلتان في نطاق 1000 ميل في الثانية من سرعة الضوء المقاسة اليوم

حاول ألبرت ميكلسون المولود في بروسي ، والذي نشأ في الولايات المتحدة ، تكرار طريقة فوكو في عام 1879 ، لكنه استخدم مسافات أطول ، بالإضافة إلى مرايا وعدسات عالية الجودة  تم قبول نتيجته البالغة 186،355 ميلًا في الثانية (299،910 كم / ثانية) باعتبارها القياس الأكثر دقة لسرعة الضوء لمدة 40 عامًا ، عندما أعاد ميكلسون قياسها

كانت إحدى الملاحظات السفلية المثيرة للاهتمام لتجربة ميشيلسون أنه كان يحاول اكتشاف الوسط الذي ينتقل عبره الضوء ، والمشار إليه بالأثير المضيء  بدلاً من ذلك   كشفت تجربته أن الأثير غير موجود

كتب عالم الفيزياء الفلكية إيثان سيغال في مدونة فوربس العلمية بعنوان Starts With ضجة   “ربما كانت التجربة نفسها فاشلة تمامًا ، لكن ما تعلمناه منها كان نعمة أكبر للإنسانية وفهمنا للكون أكثر من أي نجاح!”

اقرأ أيضاً: الكهرباء الساكنة

أينشتاين والنسبية الخاصة

في عام 1905 ، كتب ألبرت أينشتاين ورقته الأولى عن النسبية الخاصة   في ذلك   أثبت أن الضوء ينتقل بنفس السرعة بغض النظر عن السرعة التي يتحرك بها المراقب  حتى باستخدام أدق القياسات الممكنة ، تظل سرعة الضوء كما هي بالنسبة للمراقب الذي يقف على وجه الأرض كما هو الحال بالنسبة لشخص يسافر في طائرة نفاثة تفوق سرعة الصوت فوق سطحه  وبالمثل ، على الرغم من أن الأرض تدور حول الشمس   والتي هي نفسها تتحرك حول مجرة ​​درب التبانة ، وهي مجرة ​​تسافر عبر الفضاء ، فإن السرعة المقاسة للضوء القادم من شمسنا ستكون هي نفسها سواء كان المرء يقف داخل أو خارج المجرة احسبها حسب أينشتاين أن سرعة الضوء لا تختلف باختلاف الزمان والمكان

على الرغم من أن سرعة الضوء يشار إليها غالبًا بحدود سرعة الكون ، إلا أن الكون يتمدد بشكل أسرع  وفقًا لعالم الفيزياء الفلكية بول سوتر ، يتمدد الكون بحوالي 68 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ ، حيث يبلغ ميغا فرسك 3.26 مليون سنة ضوئية   لذلك يبدو أن مجرة ​​على بعد 1 ميغا فرسخ تبتعد عن درب التبانة بسرعة 68 كم / ثانية ، بينما تنحسر مجرة ​​على بعد 2 ميجابكسل بسرعة 136 كم / ثانية   وهكذا

كتب سوتر: “في مرحلة ما ، على مسافة فاحشة ، تنقلب السرعة على المقاييس وتتجاوز سرعة الضوء ، وكل ذلك من التوسع الطبيعي المنتظم للفضاء” 

وتابع موضحًا أنه في حين توفر النسبية الخاصة حدًا مطلقًا للسرعة ، فإن النسبية العامة تسمح بمسافات أوسع

ما هي السنة الضوئية؟

تسمى المسافة التي يقطعها الضوء خلال العام بالسنة الضوئية  السنة الضوئية هي مقياس لكل من الوقت والمسافة  ليس من الصعب فهمه كما يبدو  فكر في الأمر بهذه الطريقة: ينتقل الضوء من القمر إلى أعيننا في حوالي ثانية واحدة ، مما يعني أن القمر يبعد حوالي ثانية ضوئية  يستغرق ضوء الشمس حوالي 8 دقائق للوصول إلى أعيننا   لذا فإن الشمس تبعد حوالي 8 دقائق ضوئية  يتطلب الضوء من أقرب نظام نجمي ، Alpha Centauri   ما يقرب من 4.3 سنوات للوصول إلى هنا ، لذلك يقال إن النظام النجمي يبعد 4.3 سنة ضوئية

“للحصول على فكرة عن حجم سنة ضوئية ، خذ محيط الأرض (24900 ميل)   وضعه في خط مستقيم ، واضرب طول الخط في 7.5 (المسافة المقابلة هي ثانية واحدة ضوئية     ثم وضع 31.6 مليون سطر مشابه من طرف إلى طرف “، كتب مركز أبحاث جلين التابع لناسا على موقعه على الإنترنت   “المسافة الناتجة تقارب 6 تريليون (6.000.000.000) ميل!”

تقع النجوم والأجسام الأخرى خارج نظامنا الشمسي في أي مكان من بضع سنوات ضوئية إلى بضعة مليارات من السنين الضوئية وهكذا ، عندما يدرس علماء الفلك الأشياء التي تقع على بعد سنة ضوئية أو أكثر ، فإنهم يرونها كما كانت موجودة في الوقت الذي غادره الضوء ، وليس كما قد تبدو إذا وقفت بالقرب من سطحها اليوم  بهذا المعنى ، فإن كل ما نراه في الكون البعيد هو ، حرفياً ، تاريخ 

يسمح هذا المبدأ لعلماء الفلك برؤية كيف كان الكون كما بدا بعد الانفجار العظيم   الذي حدث قبل حوالي 13.8 مليار سنة  عند فحص الأشياء التي تبعد ، على سبيل المثال   10 مليارات سنة ضوئية ، نراها كما كانت تبدو قبل 10 مليارات سنة ، بعد وقت قصير نسبيًا من بداية الكون ، بدلاً من كيف تظهر اليوم

هل سرعة الضوء ثابتة حقًا؟

ينتقل الضوء في شكل موجات ، ويمكن أن يتباطأ ، مثل الصوت ، اعتمادًا على ما ينتقل عبره  لا شيء يمكن أن يفوق الضوء في الفراغ  ومع ذلك ، إذا كانت المنطقة تحتوي على أي مادة ، حتى الغبار ، يمكن للضوء أن ينحني عندما يتلامس مع الجزيئات ، مما يؤدي إلى انخفاض السرعة

يتحرك الضوء الذي ينتقل عبر الغلاف الجوي للأرض بنفس سرعة الضوء في الفراغ تقريبًا ، بينما يتباطأ الضوء الذي يمر عبر الماس إلى أقل من نصف تلك السرعة  ومع ذلك ، فإنها تنتقل عبر الأحجار الكريمة بسرعة تزيد عن 277 مليون ميل في الساعة (ما يقرب من 124000 كم / ثانية) – وهي ليست سرعة يمكن الاستهزاء بها

هل يمكننا السفر أسرع من الضوء؟

يحب الخيال العلمي التكهن بهذا ، لأن “سرعة الالتواء” ، كما هو معروف على نطاق واسع السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء ، ستسمح لنا بالسفر بين النجوم في أطر زمنية طويلة بشكل مستحيل  وعلى الرغم من أنه لم يثبت أنه مستحيل ، إلا أن التطبيق العملي للسفر أسرع من الضوء يجعل الفكرة بعيدة المنال

وفقًا لنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، عندما يتحرك الجسم بشكل أسرع ، تزداد كتلته   بينما يتقلص طوله  عند سرعة الضوء ، يكون لهذا الجسم كتلة لا نهائية ، بينما يبلغ طوله 0 – وهو أمر مستحيل وبالتالي ، لا يمكن لأي جسم أن يصل إلى سرعة الضوء   كما تقول النظرية

هذا لا يمنع المنظرين من اقتراح نظريات إبداعية ومنافسة  يقول البعض إن فكرة سرعة الالتواء ليست مستحيلة ، وربما في الأجيال القادمة سوف يقفز الناس بين النجوم بالطريقة التي نسافر بها بين المدن في الوقت الحاضر  قد يتضمن أحد الاقتراحات مركبة فضائية يمكنها طي فقاعة الزمكان حول نفسها لتتجاوز سرعة الضوء  يبدو رائعا من الناحية النظرية