Що таке швидкість світла і що вимірюють світловими роками

Теорія відносності стверджує, що коли матерія наближається до швидкості світла, її маса стає нескінченною, нагадує 24 Канал. Це означає, що швидкість світла функціонує як обмеження швидкості для всього всесвіту.

Швидкість світла настільки незмінна, що, згідно з Національним інститутом стандартів і технологій США, вона використовується для визначення міжнародних стандартних вимірювань, таких як метр (і, відповідно, миля, фут і дюйм). За допомогою хитромудрих рівнянь вона також допомагає визначити кілограм і одиницю вимірювання температури Кельвін.

Але, попри репутацію швидкості світла як універсальної константи, вчені та письменники-фантасти проводять час у роздумах про подорожі на швидкостях більших за швидкість світла. Поки що ніхто не зміг продемонструвати справжній варп-двигун, але це не сповільнило наш колективний порив до нових історій, нових винаходів і нових сфер фізики.

Що таке світловий рік?

Світловий рік – це відстань, яку світло може подолати за один рік – близько 10 трильйонів кілометрів. Це один зі способів, яким астрономи та фізики вимірюють величезні відстані у нашому Всесвіті.

Світло проходить шлях відбиваючись від Місяця до наших очей приблизно за 1 секунду, тобто Місяць розташований на відстані близько 1 світлової секунди від нас. Сонячному світлу потрібно близько 8 хвилин, щоб досягти наших очей долаючи відстань від Сонця до Землі, тобто Сонце розташоване на відстані близько 8 світлових хвилин. Світлу від Альфи Центавра, найближчої до нас зоряної системи, потрібно приблизно 4,3 роки, щоб дістатися до нас, отже, Альфа Центавра розташована на відстані 4,3 світлових років від нас.

Цей принцип дозволяє астрономам бачити всесвіт таким, яким він був після Великого вибуху, що стався близько 13,8 мільярдів років тому. Об'єкти, які розташовані на відстані 10 мільярдів світлових років від нас, здаються астрономам такими, якими вони виглядали 10 мільярдів років тому – відносно скоро після початку Всесвіту – а не такими, якими вони виглядають сьогодні, адже вони взагалі можуть вже не існувати.

Цікаві факти про швидкість світла

• Чи є щось швидше ніж швидкість світла? Ні! Світло – це "універсальна межа швидкості" і, згідно з теорією відносності Ейнштейна, це найшвидша швидкість у Всесвіті: 300 000 кілометрів на секунду.
• Чи є швидкість світла постійною? Швидкість світла є універсальною константою у вакуумі, подібно до вакууму космосу. Однак світло може дещо сповільнюватися, коли воно проходить через поглинаюче середовище, наприклад, воду (225 000 кілометрів на секунду) або скло (200 000 кілометрів на секунду).
• Хто відкрив швидкість світла? Одне з перших вимірювань швидкості світла зробив Рьомер у 1676 році, спостерігаючи за супутниками Юпітера. Вперше швидкість світла була виміряна з високою точністю в 1879 році в експерименті Майкельсона-Морлі.
• Звідки ми знаємо швидкість світла? Рьомер зміг виміряти швидкість світла, спостерігаючи затемнення супутника Юпітера Іо. Коли Юпітер був ближче до Землі, Рьомер помітив, що затемнення Іо відбувалися трохи раніше, ніж коли Юпітер був далі. Рьомер пояснив цей ефект тим, що світлу потрібно більше часу, щоб подолати більшу відстань, коли Юпітер знаходиться далі від Землі.

Що рухається швидше за швидкість світла?

Хоча швидкість світла часто називають межею швидкості Всесвіту, насправді сам він розширюється дещо швидше ніж швидкість світла. Всесвіт розширюється зі швидкістю трохи більше ніж 68 кілометрів за секунду на кожен мегапарсек відстані від спостерігача.

Іншими словами, галактика на відстані 1 мегапарсек віддаляється від Молочного Шляху зі швидкістю 68 км/с, тоді як галактика на відстані двох мегапарсек віддаляється зі швидкістю майже 136 км/с, і так далі.

У якийсь момент, на незбагненній відстані, швидкість розширення перевершує шкалу і перевищує саму швидкість світла, і все це внаслідок природного, регулярного розширення простору.

Спеціальна теорія відносності встановлює абсолютну межу швидкості у Всесвіті, але теорія Ейнштейна 1915 року щодо загальної теорії відносності дозволяє іншу поведінку, коли фізика, яку ми вивчаємо, перестає бути "локальною".