Lær om den sanne lyshastigheten og hvordan den brukes
Roberto Moiola/Sysaworld/Getty Images
Lys beveger seg gjennom universet med den raskeste hastigheten astronomer kan måle. Faktisk er lysets hastighet en kosmisk fartsgrense, og ingenting er kjent for å bevege seg raskere. Hvor raskt beveger lyset seg? Denne grensen kan måles, og den bidrar også til å definere vår forståelse av universets størrelse og alder.
Hva er lys: bølge eller partikkel?
Lys beveger seg raskt, med en hastighet på 299, 792, 458 meter per sekund. Hvordan kan den gjøre dette? For å forstå det, er det nyttig å vite hva lys faktisk er, og det er i stor grad en oppdagelse fra det 20. århundre.
Lysets natur var et stort mysterium i århundrer. Forskere hadde problemer med å forstå konseptet med dens bølge- og partikkelnatur. Hvis det var en bølge, hva forplantet den seg gjennom? Hvorfor så den ut til å bevege seg med samme hastighet i alle retninger? Og hva kan lysets hastighet fortelle oss om kosmos? Det var ikke før Albert Einstein beskrev denne teorien om spesiell relativitet i 1905 kom det hele i fokus. Einstein hevdet at rom og tid var relative og at lysets hastighet var konstanten som koblet de to.
Hva er lysets hastighet?
Det sies ofte at lysets hastighet er konstant og at ingenting kan reise raskere enn lysets hastighet. Dette er ikke det fullstendig korrekt. Verdien på 299 792 458 meter per sekund (186 282 miles per sekund) er lysets hastighet i et vakuum. Imidlertid reduseres lyset faktisk når det passerer gjennom forskjellige medier. For eksempel, når den beveger seg gjennom glass, bremser den ned til omtrent to tredjedeler av hastigheten i et vakuum. Selv i luften, altså nesten et vakuum, bremser lyset litt. Når den beveger seg gjennom verdensrommet, møter den skyer av gass og støv, samt gravitasjonsfelt, og de kan endre hastigheten litt. Skyene av gass og støv absorberer også noe av lyset når det passerer gjennom.
Dette fenomenet har å gjøre med lysets natur, som er en elektromagnetisk bølge. Når den forplanter seg gjennom et materiale, 'forstyrrer' dens elektriske og magnetiske felt de ladede partiklene som den kommer i kontakt med. Disse forstyrrelsene får så partiklene til å utstråle lys med samme frekvens, men med en faseforskyvning. Summen av alle disse bølgene produsert av 'forstyrrelsene' vil føre til en elektromagnetisk bølge med samme frekvens som det opprinnelige lyset, men med kortere bølgelengde og dermed lavere hastighet.
Interessant, så fort som lys beveger seg, kan banen bøyes når den passerer områder i rommet med intense gravitasjonsfelt. Dette er ganske lett å se i galaksehoper, som inneholder mye materie (inkludert mørk materie), som forvrider lysbanen fra fjernere objekter, for eksempel kvasarer.
Gravitasjonslinser og hvordan det fungerer. Lys fra et fjerntliggende objekt passerer et nærmere objekt med et sterkt gravitasjonstrekk. Lyset er bøyd og forvrengt, og det skaper 'bilder' av det fjernere objektet. NASA
Lyshastighet og gravitasjonsbølger
Gjeldende fysikkteorier spår at gravitasjonsbølger også beveger seg med lysets hastighet, men dette blir fortsatt bekreftet ettersom forskere studerer fenomenet gravitasjonsbølger fra kolliderende sorte hull og nøytronstjerner. Ellers er det ingen andre objekter som reiser så fort. Teoretisk sett kan de få nærme lysets hastighet, men ikke raskere.
Et unntak fra dette kan være selve romtiden. Det virker så fjernt galakser beveger seg fra oss raskere enn lysets hastighet. Dette er et 'problem' som forskere fortsatt prøver å forstå. En interessant konsekvens av dette er imidlertid at et reisesystem basert på ideen om en warp drive . I en slik teknologi er et romfartøy i ro i forhold til rommet, og det er det faktisk rom som beveger seg, som en surfer som rir på en bølge på havet. Teoretisk kan dette tillate superluminal reise. Selvfølgelig er det andre praktiske og teknologiske begrensninger som står i veien, men det er en interessant science-fiction-idé som får en viss vitenskapelig interesse.
Reisetider for lys
Et av spørsmålene som astronomer får fra publikum er: 'hvor lang tid vil det ta lys å gå fra objekt X til objekt Y?' Lys gir dem en veldig nøyaktig måte å måle størrelsen på universet ved å definere avstander. Her er noen av de vanlige avstandsmålingene:
Interessant nok er det objekter som er utenfor vår evne til å se bare fordi universet utvider seg, og noen er 'over horisonten' som vi ikke kan se. De vil aldri komme inn i vårt syn, uansett hvor raskt lyset deres beveger seg. Dette er en av de fascinerende effektene av å leve i et ekspanderende univers.
Redigert avCarolyn Collins Petersen