Κυριακή, 18 Ιανουαρίου 2015

Πώς ανακαλύφθηκε η ταχύτητα του φωτός


Αποτελεί έναν από τους γνωστότερους κανόνες του σύμπαντος. Κανένας και τίποτα, υπό οποιεσδήποτε συνθήκες, δεν μπορεί να ταξιδέψει γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός. Γιατί όμως υπάρχει ένα τόσο «μυστήριο» φράγμα σε μια φαινομενικά ανεξάρτητη έννοια, όπως η ταχύτητα;



Η ταχύτητα όπως την αντιλαμβάνεται ο άνθρωπος – Το «φράγμα»που δεν γίνεται κατανοητό

Θα ήταν ευκολότερα αντιληπτό αν λέγαμε πως «όσο γρήγορα και να κινηθεί κανείς, το φως θα τον ξεπεράσει», κάτι που ισχύει αλλά δεν αποκαλύπτει πλήρως τις εντυπωσιακές ιδιότητες της ταχύτητας. Ακόμα και τα αστραπιαία φωτόνια έχουν ένα αυστηρό και απροσπέραστο φράγμα που περιορίζει την κίνηση τους. Η μέγιστη ταχύτητα που πιάνει... το κοντέρ τους είναι η γνωστή «ταχύτητα του φωτός», περίπου 300.000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Αρα λοιπόν, το «όριο ταχύτητας» δεν είναι σχετικό. Ο πήχης μπορεί να είναι ψηλά, όμως είναι σταθερός και αμετάβλητος. Τίποτα και για κανένα λόγο δεν μπορεί να ξεπεράσει την μέγιστη ταχύτητα του φωτός.

Το γεγονός αυτό ξεπερνά τα όρια της ανθρώπινης διαίσθησης. Ζώντας σε ιδιαίτερα χαμηλές ταχύτητες έχουμε, δικαιολογημένα,  την εντύπωση πως ο ρυθμός μεταβολής μας ως προς τον χώρο είναι ανεξάρτητος από άλλους παράγοντες. Οσο πιο καλό ρυθμό έχει ένας δρομέας,τόσο πιο γρήγορα θα φτάσει στον τερματισμό και όσο ισχυρότερος είναι ένας κινητήρας, τόσο αυξάνεται και η τελική απόδοση του οχήματος. Σε τόσο χαμηλά επίπεδα, η ταχύτητα δεν μας αφήνει να ανακαλύψουμε τα κρυφά της χαρακτηριστικά. Τι συμβαίνει όμως όταν η ταχύτητα ανεβαίνει;



Πως καταλήξαμε στην «ταχύτητα του φωτός» - Τα πειράματα που κατέρριψαν την... ακαριαία μετάδοση

Μέχρι και τις αρχές του 17ου αιώνα επικρατούσε η άποψη πως το φως έχει «άπειρη» ταχύτητα. Πριν ο Γαλιλαίος αρχίσει να αμφισβητεί την ακαριαία μετάδοση του φωτός, ακόμα και οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να διανοηθούν πως στο σύμπαν υπάρχει ένα... όριο ταχύτητας. Αλλωστε το φως δεν έδειχνε σημάδια κίνησης. Ανάβοντας ένα κερί, όλο το δωμάτιο φωτιζόταν άμεσα. Ανάβοντας ένα προβολέα σε ένα βουνό όμως, πόσο γρήγορα θα ταξίδευαν τα φωτόνια σε μια μακρινή περιοχή;

Αυτή ήταν η ιδέα που είχε ο Γαλιλαίος για να αποκαλύψει την... πεπερασμένη φύση της ταχύτητας του φωτός. Το 1638 ανέβηκε μαζί με έναν βοηθό του σε δύο κοντινές βουνοκορφές. Το πείραμα ήταν ιδιαίτερα απλό. Ο Γαλιλαίος θα άναβε ένα φως και μόλις το έβλεπε από μακριά ο βοηθός του, αμέσως θα άναβε το δικό του. Αν υπήρχε καθυστέρηση, τότε η θεωρία περί «άπειρης ταχύτητας» του φωτός θα καταρριπτόταν. Ομως η εξωφρενική ταχύτητα των φωτονίων ξεπέρασε την έξυπνη ιδέα του Ιταλού φυσικού. Η χρονοκαθυστέρηση που υπήρξε δεν ήταν δυνατόν να καταγραφεί από τα ρολόγια της εποχής.

Μπορεί το πείραμα να ήταν ανεπιτυχές, όμως η ανακάλυψη της ταχύτητας του φωτός ήταν κοντά. Ο Δανός αστρονόμος Ολε Ράιμερ, 40 χρόνια μετά τον Γαλιλαίο, απέδειξε για πρώτη φορά πως το φως έχει συγκεκριμένη ταχύτητα. Παρακολουθώντας τις εκλείψεις του πρώτου δορυφόρου του Δία, που είναι ορατές από την Γη, κατέληξε σε ένα πολύ σημαντικό συμπέρασμα. Ο χρόνος της έκλειψης αυξανόταν, όταν η απόσταση της Γης από τον Δία ήταν μέγιστη. Σε αυτό δεν μπορεί παρά να ευθύνεται μόνο η ταχύτητα του φωτός. Η προσέγγιση του Ράιμερ ήταν αποτυχημένη ως προς τον υπολογισμό, ήταν όμως απόλυτα  επιτυχής ως προς την φύση του φωτός. Ηταν το πρώτο πείραμα που απεδείκνυε πως η κίνηση του φωτός δεν ήταν ακαριαία.

Σχεδόν ενάμιση αιώνα μετά το πείραμα του Δανού επιστήμονα, προέκυψε η πρώτη κοντινή προσέγγιση της ταχύτητας του φωτός από τον Ιππόλυτο Φιζό. Ο Γάλλος φυσικός, στα μέσα του 19ου αιώνα, υπολόγισε πως τα φωτόνια κινούνται με 315.000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Από εκείνη την στιγμή και μετά, το μυστήριο της ταχύτητας του φωτός είχε λυθεί οριστικά, δημιουργώντας όμως άλλα προβλήματα στους επιστήμονες.



Γιατί η «ταχύτητα του φωτός» αποτελεί... όριο ταχύτητας – Η σχέση της με την μάζα και τον χρόνο

Το φράγμα των 300.000 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο προβλημάτιζε αρκετούς φυσικούς, ανάμεσα τους και τον Αλμπερτ Αϊνστάιν. Γιατί θα πρέπει να υπάρχει ένα ανώτατο όριο ταχύτητας στο σύμπαν; Αν «καρφώσουμε» έναν φακό στην πλώρη ενός διαστημόπλοιου, τότε η ταχύτητα που θα μεταδίδεται το φως του φακού, δεν θα ξεπερνάει την «ταχύτητα του φωτός»; Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα ήταν αρνητική και... γέννησε την θεωρία της σχετικότητας.

Οσο αυξάνεται η ταχύτητα ενός αντικειμένου, μεταβάλλονται άλλα δεδομένα τα οποία ουσιαστικά δημιουργούν το φράγμα της «ταχύτητας του φωτός». Ενέργεια και μάζα συνδέονται μέσω της ταχύτητας, γεγονός που τάραξε όλα τα επιστημονικά δεδομένα του πλανήτη. Οσο γρηγορότερα κινείται ένα αντικείμενο, τόσο βαρύτερο γίνεται. Ενας σχολαστικός φυσικός θα μπορούσε να διαφωνήσει, λέγοντας πως μάζα και βάρος είναι διαφορετικές έννοιες, όμως το γεγονός αυτό δεν επηρεάζει το τελικό αποτέλεσμα. Οσο βαρύτερα γίνονται τα αντικείμενα λοιπόν, τόσο πιο δύσκολη γίνεται η διαδικασία της επιτάχυνσης, η οποία σταματά όταν προσεγγιστεί η ταχύτητα του φωτός.

Παράλληλα όσο κοντινότερα φτάνουμε στα 300.000 ανά δευτερόλεπτο, τόσο αλλοιώνεται και η αίσθηση του χρόνου. Ταξιδεύοντας με την ταχύτητα του φωτός θα σήμαινε πως ταξιδεύουμε με τον χρόνο να έχει «κολλήσει». Το όριο της ταχύτητας δηλαδή, δεν έχει δημιουργηθεί από κάποιο... περίεργο τροχονόμο. Σαν μέγεθος, η ταχύτητα επηρεάζεται από άλλους παράγοντες οι οποίοι την περιορίζουν.

Πλέον, το ερώτημα που απομένει είναι τί μπορεί να συμβεί αν με κάποιο διαβολικό τρόπο καταφέρει ένα αντικείμενο να ξεπεράσει το φράγμα των 300.000 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο. Εστω και σαν θεωρητική απορία, ένα τέτοιο ενδεχόμενο αποτελεί μια τεράστια πηγή ιδεών βγαλμένες από τα... παραμύθια.




ΠΗΓΗ

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου