ووفقا لعالم الفيزياء ألبرت أينشتاين صاحب نظرية النسبية الخاصة. والتي كثيرا ما تستند عليها قوانين الفيزياء الحديثة. لا شيء في الكون يمكن أن يسافر أسرع من الضوء. تنص النظرية على أنه مع اقتراب المادة من سرعة الضوء. تصبح كتلة هذه المادة غير محدودة ولكن “كم سرعة الضوء”.
كم سرعة الضوء
تبلغ سرعة الضوء في الفراغ 299,792 كيلومترًا في الثانية (186,282 ميلًا في الثانية. حوالي 186282 ميلًا في الثانية وهذا الرقم ثابت عالمي معروف في المعادلات وباختصار “ج”، أو سرعة الضوء.
هذا يعني أن سرعة الضوء تعمل كحد أقصى للسرعة في الكون بأسره. سرعة الضوء ثابتة لدرجة أنه، وفقًا للمعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا. يتم استخدامها لتحديد القياسات الدولية مثل العداد (وبالتالي، الميل والقدم والبوصة). وأيضا من خلال بعض المعادلات المعقدة. تساعد أيضًا في تحديد الكيلوجرام والكلفن.
ولكن على الرغم من شهرة سرعة الضوء على أنه ثابت عالمي. فإن العلماء وكتاب الخيال العلمي على حد سواء يقضون وقتًا في التفكير في السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء. حتى الآن، لم يتمكن أحد من معرفة كيفية السفر بهذه السرعة.
ما هي السنة الضوئية
السنة الضوئية هي المسافة التي يمكن للضوء السفر في سنة واحدة. حوالي 6 تريليون ميل (10 تريليون كيلومتر). إنها إحدى الطرق التي يقيس بها علماء الفلك والفيزياء مسافات هائلة عبر كوننا.
ينتقل الضوء من القمر إلى أعيننا في حوالي ثانية واحدة. مما يعني أن القمر يبعد حوالي ثانية ضوئية عن القمر. يستغرق ضوء الشمس حوالي 8 دقائق للوصول إلى أعيننا، لذا فإن الشمس تبعد حوالي 8 دقائق ضوئية. يتطلب الضوء من Alpha Centauri، وهو أقرب نظام نجمي لنظامنا. ما يقرب من 4 سنوات للوصول إلى هنا ، لذلك يقع Alpha Centauri على بعد 4 سنوات ضوئية.
كيف تعلمنا سرعة الضوء من اليونانيين
في وقت مبكر من القرن الخامس، اختلف الفلاسفة اليونانيون مثل إيمبيدوكليس وأرسطو حول طبيعة سرعة الضوء. اعتقد إيمبيدوكليس أن الضوء، يجب أن ينتقل، وبالتالي، يجب أن يكون له معدل سفر. كتب أرسطو دحضًا لوجهة نظر إمبيدوكليس في أطروحته الخاصة، في العقل والمعقول. بحجة أن الضوء، على عكس الصوت والرائحة، فوري. كان أرسطو مخطئًا بالطبع، لكن الأمر سيستغرق مئات السنين حتى يتمكن أي شخص من إثبات ذلك.
جاليليو والضوء
في منتصف القرن السابع عشر، يروي عالم الفلك الإيطالي جاليليو جاليلي انه كان هناك شخصين على تلال تفصل بينهما مسافة أقل من ميل واحد. كان كل شخص يحمل فانوسًا. كشف أحدهم فانوسه. عندما رأى الشخص الآخر الضوء، كشف عنه أيضًا. لكن مسافة جاليليو التجريبية لم تكن كافية للمشاركين فيه لتسجيل سرعة الضوء. لم يستطع إلا أن يستنتج أن الضوء ينتقل أسرع بعشر مرات من الصوت.
عالم الفلك الدنماركي أولي رومر
في سبعينيات القرن السابع عشر، حاول عالم الفلك الدنماركي أولي رومر إنشاء جدول زمني موثوق به للبحارة في البحر، ووفقًا لوكالة ناسا، توصل عن طريق الخطأ إلى أفضل تقدير جديد لسرعة الضوء. لإنشاء ساعة فلكية، سجل التوقيت الدقيق لخسوف قمر المشتري Io من الأرض. بمرور الوقت، لاحظ رومر أن خسوف آيو غالبًا ما يختلف عن حساباته. لاحظ أن الكسوف بدا وكأنه يتأخر أكثر عندما كان المشتري والأرض يبتعدان عن بعضهما البعض، وظهر في وقت مبكر عندما اقتربت الكواكب وظهر في الموعد المحدد عندما كانت الكواكب في أقرب نقطة لها أو أبعدها. في قفزة حدسية، قرر أن الضوء يستغرق وقتًا طويلاً للسفر من آيو إلى الأرض.
استخدم رومر ملاحظاته لتقدير سرعة الضوء. نظرًا لأن حجم النظام الشمسي ومدار الأرض لم يكن معروفًا بدقة بعد، وفقًا لما جاء في ورقة بحثية نُشرت عام 1998 في المجلة الأمريكية للفيزياء. قدرت حسابات رومر سرعة الضوء بحوالي 124000 ميل في الثانية (200000 كم / ثانية).
الفيزياء والضوء
في عام 1728، أسس الفيزيائي الإنجليزي جيمس برادلي مجموعة جديدة من الحسابات على التغيير في الموقع الظاهري للنجوم بسبب رحلات الأرض حول الشمس. وقدر سرعة الضوء بـ 185000 ميل في الثانية (301000 كم / ثانية).
أعادت محاولتان جديدتان 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 (8 كم) 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 عالم فيزيائي فرنسي آخر، ليون فوكو، مرآة دوارة بدلاً من عجلة لإجراء نفس التجربة. اثبتت الطريقتان ان سرعة الضوء في حدود 1000 ميل في الثانية (1609 كم / ثانية).
أينشتاين والنسبية الخاصة
في عام 1905، كتب ألبرت أينشتاين أول ورقةٍ له حول النسبية الخاصة. في هذه الورقة، أكد أينشتاين أن الضوء يسافر بنفس السرعة بغض النظر عن السرعة التي يتحرك بها المشاهد. وحتى باستخدام أكثر القياسات دقةً، فإن سرعة الضوء تبقى ذاتها بالنسبة لمشاهدٍ غير متحركٍ يقف في وجه الأرض مقارنةً مع سرعته عندما يسافر شخصٌ في طائرةٍ تفوق سرعة الصوت فوق سطحها. وبالمثل، وعلى الرغم من أن الأرض تدور حول الشمس، والتي هي نفسها (الشمس) تتحرك حول مجرة درب التبانة، وهي مجرةٌ تسافر عبر الفضاء، وسرعة قياس الضوء القادمة من شمسنا ستكون نفسها سواء كان المرء داخل أو خارج المجرة كي يحسب ذلك. وبالمثل، حسب أينشتاين فإن سرعة الضوء لا تختلف باختلاف الزمان والمكان.
الدكتور ألبرت أ.ميشيلسون والانبوب الفارغ
في 15 أغسطس، 1930 في سانتا آنا، كاليفورنيا، وقف الدكتور ألبرت أ.ميشيلسون جنبًا إلى جنب مع الأنبوب المفرغ الذي يبلغ طوله ميلًا والذي سيتم استخدامه في آخر قياساته وأكثرها دقة لسرعة الضوء، وشحذ اهتمامه بالفيزياء أثناء دراسته في الأكاديمية البحرية الأمريكية، وفقًا لجامعة فيرجينيا.
في عام 1879، حاول تكرار طريقة فوكو في تحديد سرعة الضوء، لكن ميكلسون زاد المسافة بين المرايا واستخدم مرايا وعدسات عالية الجودة. تم قبول نتيجة ميكلسون البالغة 186355 ميلًا في الثانية (299،910 كم / ثانية) باعتبارها القياس الأكثر دقة لسرعة الضوء لمدة 40 عامًا، حتى أعاد ميكلسون قياسها بنفسه. في الجولة الثانية من تجاربه، أضاء ميكلسون الأضواء بين قمتين جبليتين بمسافات تم قياسها بعناية للحصول على تقدير أكثر دقة. وفي محاولته الثالثة قبل وفاته بقليل في عام 1931، وفقًا لمجلة سميثسونيان للطيران والفضاء في المجلة، قام ببناء أنبوب طويل ليقوم بمحاكاة شبه فراغ من شأنه أن يزيل أي تأثير للهواء على سرعة الضوء للحصول على قياس أدق، أقل بقليل من القيمة المقبولة لسرعة الضوء اليوم.
