Περιεχόμενα Άρθρου
Στην επιστημονική φαντασία, τα διαστημόπλοια που κινούνται με ή πέρα από την ταχύτητα φωτός επιτρέπουν κάθε είδους παγκόσμια εξερεύνηση. Αλλά στη γη συνδεδεμένη πραγματικότητα, το ταξίδι με την ταχύτητα του φωτός (299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, ή 670.616.629 μίλια την ώρα, στο κενό) σε έναν βαρύ πύραυλο είναι φυσική αδύνατη. «Είναι η ταχύτητα με την οποία ταξιδεύουν πράγματα χωρίς μάζα», λέει Γκερντ Κορτεμάγιερομότιμος καθηγητής φυσικής στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Έτσι, οτιδήποτε έχει μάζα δεν μπορεί να φτάσει αυτή την ταχύτητα. Και ακόμη και τα σωματίδια χωρίς μάζα περιορίζονται από την ταχύτητα φωτός. «Συχνά ονομάζεται όριο κοσμικής ταχύτητας γιατί τίποτα δεν θα πάει πιο γρήγορα από αυτό», λέει ο Kortemeyer.
Είναι διπλά ατυχές για εκείνους ανάμεσά μας που επιθυμούν να επισκεφτούν γαλαξίες μακρινούς, μακρινούς –ακόμα και κινούμενοι κοντά Η ταχύτητα φωτός δεν είναι στις κάρτες. «Δεν είναι ούτε δυνατό ούτε επιβιώσιμο να ταξιδέψουμε κοντά στην ταχύτητα του φωτός σε σχέση με την παλιά καλή Γη μας», λέει ο φυσικός.
Πέρα από τις περίεργες θεωρητικές εξηγήσεις, θα χρειαζόταν απλώς πάρα πολύ καύσιμο και ενέργεια για να προωθηθεί οποιοδήποτε ανθρωποφορικό διαστημόπλοιο σε αυτήν την ταχύτητα. Με τους υπολογισμούς του Kortemeyer, φτάνοντας το 99% της ταχύτητας φωτός σε ένα σκάφος βάρους 10 μετρικών τόνων (σημαντικά ελαφρύτερο και μικρότερο από τα περισσότερα διαστημόπλοια), ενώ η επιτάχυνση με μια ανεκτή δύναμη g θα χρησιμοποιούσε περισσότερο από 200 φορές την ποσότητα ενέργειας που καταναλώνεται στη Γη σε ένα χρόνο. Και αυτό υποθέτουμε ένα απολύτως αποδοτικό καύσιμο, όπου η μάζα μετατρέπεται σε προωθητική ενέργεια χωρίς καμία απώλεια θερμότητας – μια άλλη φυσική αδυναμία σύμφωνα με δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής.
Το πιο κοντινό που έχουμε φτάσει στην ταχύτητα φωτός είναι να επιταχύνουμε μικροσκοπικά μεμονωμένα ατομικά σωματίδια σε 99,99999896% η ταχύτητα του φωτός στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων.
Αλλά ας τα αγνοήσουμε όλα αυτά και ας φανταστούμε, για μια στιγμή, ότι θα μπορούσαμε να πλησιάσουμε την ταχύτητα του φωτός. Αν είχαμε την τέλεια, αποδοτική πηγή καυσίμου, έναν τόνο από αυτό, ένα σκάφος κατασκευασμένο για να το αντέχει και το χτύπημα – πώς θα ήταν το ταξίδι με ταχύτητα σχεδόν φωτός;
Λοιπόν, ίσως δεν αποτελεί έκπληξη, τα πράγματα θα γίνονταν περίεργα.
Τι το ιδιαίτερο έχει η ταχύτητα φωτός;
Πρώτον, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε μερικές από τις ιδιορρυθμίες της ταχύτητας φωτός. Δεν είναι μόλις μια ταχύτητα, είναι επίσης «μία από τις θεμελιώδεις σταθερές της φύσης», εξηγεί ο Kortemeyer. Από το 1600, οι ουράνιες παρατηρήσεις των πλανητικών κινήσεων έχουν υπαινίσσεται την ταχύτητα του φωτός. Και το 1865, ο James Clerk Maxwell συμπέρανε ότι το φως ήταν ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα και υπολόγισε την ταχύτητά του, σε στενή συμφωνία με τη σημερινή, γνωστή αξία του χαρτί φυσικής ορόσημο“Μια δυναμική θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.»
Στη συνέχεια, ο Αϊνστάιν μετέτρεψε την κατανόησή μας για τη φυσική. Η θεωρία του για την ειδική σχετικότητα, που παρουσιάστηκε το 1905, αντιλαμβάνεται τον χωροχρόνο ως ένα ενιαίο παγκόσμιο ιστό, συνδεδεμένο μέσω της σταθεράς «c», που ορίζει τη σχέση μεταξύ ενέργειας και ύλης. Αυτή η τιμή, όταν την υπολόγισε, έτυχε να είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός. Αυτό είναι το διάσημο E=mc^2 εξίσωση.
Με τους πιο βασικούς όρους, η ειδική σχετικότητα δηλώνει ότι η ταχύτητα του φωτός δεν αλλάζει, αλλά μάλλον ο χρόνος – η τέταρτη διάσταση – κάμπτεται σε σχέση με τις κινήσεις των αντικειμένων. Επομένως, τα αντικείμενα σε κίνηση βιώνουν τον χρόνο διαφορετικά από τα αντικείμενα σε ηρεμία. Στις περισσότερες πιθανές ταχύτητες στη Γη, αυτό δεν είναι αντιληπτό. Αλλά σε σχεδόν ταχύτητες φωτός, θα ήταν, σε ένα φαινόμενο γνωστό ως διαστολή χρόνου (θα επανέλθουμε σε αυτό στην επόμενη ενότητα).
Επιπλέον, λόγω της μοναδικής σχέσης της ταχύτητας φωτός με το χρόνο-χώρο, παραμένει η ίδια ανεξάρτητα από την ταχύτητα ενός παρατηρητή. Φανταστείτε, για μια στιγμή, ότι βρίσκεστε σε ένα αυτοκίνητο στον αυτοκινητόδρομο. Εάν ταξιδεύετε με σταθερά 30 μίλια την ώρα και ένα αυτοκίνητο μπροστά σας περνάει με 60 μίλια την ώρα, τότε αυτό το πιο γρήγορο αυτοκίνητο απομακρύνεται από εσάς με 30 μίλια την ώρα, σε σχέση με την ταχύτητά σας. Ωστόσο, αν κάνατε αγώνα για να προλάβετε ένα φωτόνιο, ακόμα κι αν φτάνατε στο 50% της ταχύτητας του φωτός, το ίδιο φωτόνιο θα εξακολουθούσε να απομακρύνεται από εσάς με την ταχύτητα του φωτός. «Είναι πάντα η ταχύτητα του φωτός, ανεξάρτητα από το πώς κινείστε, η οποία είναι πολύ διαφορετική από οτιδήποτε άλλο», λέει ο Kortemeyer.
Μαζί, αυτές οι έννοιες συνδυάζονται για να κάνουν την πλησιέστερη ταχύτητα φωτός μια άγρια βόλτα.
Πώς θα ήταν το ταξίδι με ταχύτητα φωτός;
Τα χρώματα και η φωτεινότητα θα παραμορφώνονταν και θα φαίνονται πολύ διαφορετικά, όπως φαίνεται στο αυτή η προσομοίωση του 2012 που αναπτύχθηκε από τον Kortemeyer και τους συνεργάτες του MIT. Το απλό παιχνίδι έχει σκοπό να απεικονίσει τα σχετικιστικά αποτελέσματα της κίνησης κοντά στην ταχύτητα φωτός και βασίζεται σε ένα σύμπαν όπου το φως κινείται πολύ πιο αργά και συνεχώς επιβραδύνεται καθώς περιηγείστε στον κόσμο. Σε αυτό το σύμπαν, αν και κανείς ακόμα δεν θα μπορούσε να φτάσει ή να υπερβεί την ταχύτητα του φωτός, θα μπορούσατε να το προσεγγίσετε με γρήγορο βηματισμό.
Όπως το κάνατε, θα βιώνατε ένα οπτικό φαινόμενο doppler – παρόμοιο με το πώς ένα ασθενοφόρο που περνάει με ταχύτητα με τη σειρήνα του να αναβοσβήνει φαίνεται να αλλάζει τον τόνο του καθώς κινείται. Η κίνηση προς ένα αντικείμενο θα το έκανε να φαίνεται πιο μπλε, καθώς το μήκος κύματός του μειώνεται οπτικά. Η απομάκρυνση από ένα αντικείμενο θα έκανε το αντίθετο, μετατοπίζοντας την εμφάνισή του πιο κόκκινη.
Η επιτάχυνση προς κάτι θα ενίσχυε την αντίληψή σας για τη φωτεινότητά του, σε ένα εφέ προβολέα. Ο Kortemeyer συγκρίνει αυτό το φαινόμενο με το τρέξιμο μέσα από τη βροχή. Η γρήγορη κίνηση μέσα σε μια νεροποντή διασφαλίζει ότι περισσότερες σταγόνες θα χτυπήσουν το μπροστινό σας μέρος και έτσι το πουκάμισό σας θα μουσκέψει πιο γρήγορα. Στο παιχνίδι προσομοίωσης, οι παροιμιώδεις σταγόνες νερού είναι φωτόνια. Το να τρέχετε σε μια δέσμη φωτός με σχεδόν ταχύτητα φωτός σημαίνει ότι περισσότερα σωματίδια φωτός θα χτυπούσαν τα μάτια σας ταυτόχρονα.
Αν αυτό δεν είναι αρκετά περίεργο, σκεφτείτε τι θα συμβεί με τον χρόνο. Θυμάστε την έννοια της διαστολής του χρόνου; Επειδή ο χωροχρόνος παραμορφώνεται για να προσαρμόσει τη σταθερή ταχύτητα του φωτός, ένα άτομο που ταξιδεύει στο διάστημα με σχεδόν ταχύτητα φωτός θα γερνά πιο αργά από όλους τους άλλους ανθρώπους που περιμένουν πίσω στη Γη. Αυτή η ιδέα παρουσιάζεται ως παράδειγμα στο δίδυμο παράδοξο πείραμα σκέψης. Η διαστολή του χρόνου και η μεταβολή του χρόνου σε ηρεμία σε σχέση με την αλλαγή του χρόνου κατά την κίνηση με μια συγκεκριμένη ταχύτητα, μπορεί να να υπολογιστεί με ακρίβεια.
Εάν καταφέρατε να φτάσετε τα 299.792.450 μέτρα ανά δευτερόλεπτο (δηλαδή λίγο κάτω από την ταχύτητα του φωτός), δύο λεπτά ταξιδιού με αυτή την ταχύτητα στο διάστημα θα ισοδυναμούσαν με περίπου έξι ημέρες χρόνου στον πλανήτη μας.
Συχνά, αυτή η έννοια του στραβωμένου χρόνου χρησιμοποιείται για να εξηγήσει πώς μπορεί να λειτουργήσει το ταξίδι με υπερβολική ταχύτητα. «Είμαι πολύ μεγάλος θαυμαστής του Star Trekάρα δεν θέλω να σχολιάσω τα σκουπίδια», λέει ο Kortemeyer. Ωστόσο, η ιδέα επιστημονικής φαντασίας της εκπομπής για την «ταχύτητα στημόνης» για να ξεπεράσει την ταχύτητα του φωτός είναι όλα φαντασία και όχι επιστήμη, λέει. “Η στρέβλωση του χώρου είναι μια φυσική πραγματικότητα”, αλλά δεν υπάρχει τρόπος να εξαναγκάσετε ή να ελέγξετε τη στρέβλωση του χώρου για να χειριστείτε την ταχύτητα. «Δεν υπάρχει τέτοιο πράγμα όπως warp drive στη φυσική. Δεν θα ήξερα ποια αρχή της φυσικής θα το έκανε αυτό δυνατό», λέει.
Και για να πάρω τα πράγματα πίσω στη Γη ακόμα περισσότερο, φτάνοντας Τα 299.782.450 μέτρα ανά δευτερόλεπτο θα ήταν μια δοκιμή από μόνα τους. Όταν πρόκειται για υψηλές ταχύτητες, το μεγαλύτερο εμπόδιο που πρέπει να αντιμετωπίσετε δεν είναι η πλεύση με σταθερή ταχύτητα, αλλά μάλλον η επιτάχυνση. Ήδη, προχωράμε πολύ πιο γρήγορα από ό,τι περιμένατε. Όλοι εμείς στη Γη τρέχουμε γύρω από τον ήλιο με περίπου 67.000 μίλια την ώρα. Όμως, επειδή αυτή η ταχύτητα δεν αλλάζει, δεν το νιώθουμε. Ωστόσο, η επίτευξη ταχύτητας φωτός σε σχέση με τη Γη θα ήταν μια διαφορετική ιστορία. «Δεν μπορείς απλά να απογειωθείς και να φτάσεις την ταχύτητα του φωτός. Θα ισοπεδωθήκατε», λέει ο Kortemeyer.
Η δύναμη g του να φτάσεις σε ταχύτητα σχεδόν φωτός θα ήταν μνημειώδης, εκτός και αν επιταχύνεις πολύ προσεκτικά. Οι άνθρωποι είναι προσαρμοσμένοι να επιβιώνουν στο 1 g, τη βαρυτική δύναμη στη Γη. Οι περισσότεροι άνθρωποι μπορούν να αντέξουν 4-6 g σε σύντομες εκρήξεις λίγων δευτερολέπτων έως λεπτών. Αλλά για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα ή σε υψηλότερη ένταση, g-force γίνεται μοιραίο καθώς η εσωτερική δυναμική των υγρών του σώματός μας εξουδετερώνεται.
Θα χρειαζόταν ένα άτομο περίπου ένα χρόνο για να επιταχύνει μέχρι την ταχύτητα φωτός, αν θέλετε να διατηρήσετε τη δύναμη επιτάχυνσης κάτω από 3 g, ανά υπολογισμούς του Kortemeyer. Αλλά δεν γνωρίζουμε πόσο θα επηρεάσει το σώμα η μακροχρόνια έκθεση ακόμη και σε αυτό το επίπεδο δύναμης επιτάχυνσης, σημειώνει. Είναι πιθανό ότι 12 συνεχόμενοι μήνες δύναμης επιτάχυνσης πέρα από αυτό για το οποίο έχουμε φτιαχτεί θα δοκιμάσουν, όχι μόνο τα όρια της φυσικής, αλλά και τους δικούς μας φυσικούς περιορισμούς.
Αυτή η ιστορία είναι μέρος της σειράς Ask Us Anything της Popular Science, όπου απαντάμε στις πιο περίεργες ερωτήσεις σας, από τις συνηθισμένες έως τις ασυνήθιστες ερωτήσεις. Έχετε κάτι που πάντα θέλατε να μάθετε; Ρωτήστε μας.
Κερδίστε τις διακοπές με τους οδηγούς δώρων της PopSci
VIA: Πηγή Άρθρου
Greek Live Channels Όλα τα Ελληνικά κανάλια:
Βρίσκεστε μακριά από το σπίτι ή δεν έχετε πρόσβαση σε τηλεόραση;
Το IPTV σας επιτρέπει να παρακολουθείτε όλα τα Ελληνικά κανάλια και άλλο περιεχόμενο από οποιαδήποτε συσκευή συνδεδεμένη στο διαδίκτυο.
Αν θες πρόσβαση σε όλα τα Ελληνικά κανάλια
Πατήστε Εδώ
Ακολουθήστε το TechFreak.GR στο Google News για να μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις τεχνολογίας.
