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 lys seg? Denne grensen kan måles, og den hjelper også til å definere vår forståelse av universets størrelse og alder.
Hva er lys: bølge eller partikkel?
Lyset 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 et funn fra det 20. århundre.
Lysets natur var et stort mysterium i århundrer. Forskere hadde problemer med å fatte konseptet om dens bølge- og partikkelart. Hvis det var en bølge, hva forplantet den da gjennom? Hvorfor så det ut til å reise 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 den konstante som koblet de to.
Hva er lysets hastighet?
Det blir ofte uttalt at lysets hastighet er konstant, og at ingenting kan reise raskere enn lysets hastighet. Dette er det ikke fullstendig korrekt. Verdien på 299,792,458 meter per sekund (186,282 miles per sekund) er lysets hastighet i et vakuum. Imidlertid bremser lyset faktisk når det går gjennom forskjellige medier. Når det for eksempel beveger seg gjennom glass, bremser det ned til omtrent to tredjedeler av hastigheten i vakuum. Selv i luft, som er nesten et vakuum, lyset bremses litt ned. Når den beveger seg gjennom verdensrommet, møter den skyer av gass og støv, så vel som 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 det forplanter seg gjennom et materiale, "forstyrrer" de elektriske og magnetiske feltene de ladede partiklene som det kommer i kontakt med. Disse forstyrrelsene får da partiklene til å stråle lys med samme frekvens, men med et faseskift. Summen av alle disse bølgene produsert av "forstyrrelsene" vil føre til en elektromagnetisk bølge med samme frekvens som det originale lyset, men med en kortere bølgelengde og derav en lavere hastighet.
Interessant, så fort lyset beveger seg, kan banen bøyes når den går forbi regioner i rommet med intense gravitasjonsfelt. Dette er ganske lett å se i galakse klynger, som inneholder mye materie (inkludert mørk materie), som skjev lysets vei fra fjernere objekter, for eksempel kvasarer.
Lyshastighet og gravitasjonsbølger
Aktuelle teorier om fysikk spår at gravitasjonsbølger også beveger seg med lysets hastighet, men dette er det fortsatt blir bekreftet når forskere studerer fenomenet gravitasjonsbølger fra kolliderende sorte hull og nøytron stjerner. Ellers er det ingen andre objekter som reiser så raskt. Teoretisk sett kan de få nærme lysets hastighet, men ikke raskere.
Et unntak fra dette kan være romtid. Det ser ut som fjernt galakser beveger seg vekk 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 a warp drive. I en slik teknologi er et romskip i ro i forhold til verdensrommet, og det er faktisk rom som beveger seg, som en surfer som sykler på bølgen på havet. Teoretisk sett kan dette gi rom for 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 astronomer får fra medlemmene av 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:
- Jorden til månen: 1.255 sekunder
- Sola til jorden: 8,3 minutter
- Solen vår til den nærmeste stjernen: 4,24 år
- Over vår Melkeveien galakse: 100 000 år
- Til de nærmeste spiral galakse (Andromeda): 2,5 millioner år
- Grensen for det observerbare univers til jorden: 13,8 milliarder år
Interessant er det objekter som er utenfor vår evne til å se ganske enkelt fordi universet IS ekspanderer, og noen er "over horisonten" utover 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 av Carolyn Collins Petersen