Lys bevæger sig gennem universet med den hurtigste hastighed astronomer kan måle. Faktisk er lysets hastighed en kosmisk hastighedsgrænse, og der vides ikke noget, der bevæger sig hurtigere. Hvor hurtigt bevæger lys sig? Denne grænse kan måles, og den hjælper også med at definere vores forståelse af universets størrelse og alder.
Hvad er lys: bølge eller partikel?
Lys kører hurtigt med en hastighed på 299, 792, 458 meter i sekundet. Hvordan kan det gøre det? For at forstå det er det nyttigt at vide, hvad lys faktisk er, og det er stort set en opdagelse fra det 20. århundrede.
Lysets natur var et stort mysterium i århundreder. Videnskabsfolk havde problemer med at gribe ind i begrebet dets bølge og partikelkarakter. Hvis det var en bølge, hvad spredte den sig igennem? Hvorfor så det ud til at køre med samme hastighed i alle retninger? Og hvad kan lysets hastighed fortælle os om kosmos? Det var ikke før Albert Einstein beskrev denne teori om særlig relativitet i 1905 kom det hele i fokus. Einstein argumenterede for, at rum og tid var relative, og at lysets hastighed var den konstante, der forbandt de to.
Hvad er lysets hastighed?
Det anføres ofte, at lysets hastighed er konstant, og at intet kan køre hurtigere end lysets hastighed. Det er det ikke helt nøjagtig. Værdien af 299.792.458 meter pr. Sekund (186.282 miles per sekund) er lysets hastighed i et vakuum. Imidlertid bremser lyset faktisk, når det passerer gennem forskellige medier. Når det for eksempel bevæger sig gennem glas, bremser det ned til cirka to tredjedele af sin hastighed i et vakuum. Selv i luften, hvilket er næsten et vakuum, lyset bremses let. Når det bevæger sig gennem rummet, møder det skyer af gas og støv såvel som tyngdefelter, og disse kan ændre hastigheden lidt. Skyerne af gas og støv absorberer også noget af lyset, når det passerer gennem.
Dette fænomen har at gøre med lysets natur, som er en elektromagnetisk bølge. Når det forplantes gennem et materiale, "forstyrrer" det elektriske og magnetiske felt de ladede partikler, som det kommer i kontakt med. Disse forstyrrelser får derefter partiklerne til at udstråle lys med samme frekvens, men med et faseskift. Summen af alle disse bølger produceret af "forstyrrelserne" vil føre til en elektromagnetisk bølge med samme frekvens som det originale lys, men med en kortere bølgelængde og dermed en langsommere hastighed.
Interessant, så hurtigt som lyset bevæger sig, kan dets bane bøjes, når det passerer regioner i rummet med intense tyngdefelter. Dette ses temmelig let i galakse-klynger, som indeholder en masse stof (inklusive mørkt stof), som snor sig mod lysets vej fra fjernere objekter, såsom kvasarer.
Lyshastighed og gravitationsbølger
De nuværende fysiske teorier forudsiger, at gravitationsbølger også bevæger sig med lysets hastighed, men det er det stadig bliver bekræftet, da forskere studerer fænomenet tyngdekraftsbølger fra kolliderende sorte huller og neutron stars. Ellers er der ingen andre objekter, der kører så hurtigt. Teoretisk set kan de få tæt på lysets hastighed, men ikke hurtigere.
En undtagelse fra dette kan være rumtiden selv. Det ser så langt ud galakser bevæger sig væk fra os hurtigere end lysets hastighed. Dette er et "problem", som forskere stadig prøver at forstå. En interessant konsekvens af dette er imidlertid, at et rejsesystem baseret på ideen om en varp drev. I en sådan teknologi er et rumfartøj i ro i forhold til rummet, og det er faktisk plads der bevæger sig, som en surfer, der kører en bølge på havet. Teoretisk kan dette muliggøre superluminal rejse. Der er selvfølgelig andre praktiske og teknologiske begrænsninger, der står i vejen, men det er en interessant science-fiction-idé, der får en vis videnskabelig interesse.
Rejsetider for lys
Et af spørgsmålene, som astronomer får fra offentlighedens medlemmer, er: "hvor lang tid vil det tage lys at gå fra objekt X til objekt Y? ”Lys giver dem en meget nøjagtig måde at måle universets størrelse ved at definere afstande. Her er et par af de almindelige afstandsmålinger:
- Jorden til månen: 1.255 sekunder
- Solen til Jorden: 8,3 minutter
- Vores sol til den næste nærmeste stjerne: 4,24 år
- På tværs af vores Mælkevejen galakse: 100.000 år
- Til de nærmeste spiral galakse (Andromeda): 2,5 millioner år
- Begrænsning af det observerbare univers til Jorden: 13,8 milliarder år
Interessant nok er der objekter, der ligger uden for vores evne til at se, simpelthen fordi universet IS ekspanderer, og nogle er "over horisonten", som vi ikke kan se. De vil aldrig komme i vores syn, uanset hvor hurtigt deres lys rejser. Dette er en af de fascinerende virkninger af at leve i et ekspanderende univers.
Redigeret af Carolyn Collins Petersen