Κάντε μια ταχύτητα φωτός στο ηλιακό σύστημα ξεκινώντας από τον Ήλιο
Το έχουμε ακούσει ξανά και ξανά. Κανένα υλικό αντικείμενο δεν μπορεί θεωρητικά να ταξιδεύει γρηγορότερα. Για όλους τους πρακτικούς σκοπούς, μόνο το φως είναι αρκετό για να ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός.
Μετακινώντας τόσο γρήγορα, μια ακτίνα φωτός μπορεί να φερθεί γύρω από τη Γη 8 φορές μέσα σε ένα δευτερόλεπτο. Ένα ταξίδι στο φεγγάρι διαρκεί μόλις 1,3 δευτερόλεπτα. Γρήγορα σίγουρα αλλά δυστυχώς όχι αρκετά γρήγορο. Παίξτε στο βίντεο και σύντομα θα ξέρετε τι εννοώ. Η θέα ξεκινά από τον Ήλιο και ταξιδεύει προς τα έξω στο ηλιακό σύστημα με την ταχύτητα του φωτός.
Απόσταση πλανήτη σε AU Χρόνος ταξιδιού ............................................ ........................ Υδράργυρος 0,387 193,0 δευτερόλεπτα ή 3,2 λεπτά Venus 0,723 360,0 δευτερόλεπτα ή 6,0 λεπτά Γη 1.000 499,0 δευτερόλεπτα ή 8,3 λεπτά Mars 1,523 759,9 δευτερόλεπτα ή 12,6 λεπτά Δίαυλος 5.203 2595,0 δευτερόλεπτα ή 43,2 λεπτά Κρόνος 9,538 4759,0 δευτερόλεπτα ή 79,3 λεπτά Ουρανός 19,819 9575,0 δευτερόλεπτα ή 159,6 λεπτά Ποσειδώνας 30,058 14998,0 δευτερόλεπτα ή 4,1 ώρες Πλούτωνας 39,44 19680,0 δευτερόλεπτα ή 5,5 ώρες ..................... ..............................................
Αποστάσεις και χρόνοι φωτός στους πλανήτες και τον Πλούτωνα (από το Alphonse Swinehart)
Ίσως πρώτα να σκεφτείτε ότι η γρήγορη κίνηση θα μας βάλει σε μια βιασύνη στις τροχιές των οκτώ πλανητών. Δεν έπρεπε να εκπλαγώ, αλλά βρέθηκα ήδη ανυπόμονος τη στιγμή που ο Mercury πέταξε ... μετά από 3,2 λεπτά. Η Γη ήταν ακόμα 5 λεπτά μακριά και ο Δίας άλλα 40! Γι 'αυτό το βίντεο διακόπτεται στον Δία - κανείς δεν θα μείνει κοντά για την εμφάνιση του Πλούτωνα 5 1/2 ώρες αργότερα.
Όπως δείχνει το βίντεο κουραστικά αλλά αποτελεσματικά ζούμε σε ένα ηλιακό σύστημα όπου μερικοί πλανήτες χωρίζονται από τεράστιους χώρους. Ούτε καν το φως δεν είναι αρκετά γρήγορο για να ικανοποιήσει την ανθρώπινη ανάγκη για ταχύτητα. Αλλά για να θέσουμε τα πράγματα σε προοπτική, τα πιο γρήγορα τρέχοντα ανθρώπινα αντικείμενα είναι της NASA Διαστημόπλοιο Voyager I, ο οποίος έφτασε πρόσφατα στο διαστρικό διάστημα με ταχύτητα 38.000 mph (17 km / sec) ή σχεδόν 18.000 φορές πιο αργή από την ταχύτητα του φωτός.
Ας εξερευνήσουμε περαιτέρω. Οποιοδήποτε υλικό αντικείμενο, ένα Skittle για παράδειγμα, που κινείται τόσο γρήγορα θα γίνει απεριόριστα τεράστιο. Γιατί; Θα χρειαστείτε μια απεριόριστη ποσότητα ενέργειας για να επιταχύνετε το Skittle στην ακριβή ταχύτητα του φωτός. Δεδομένου ότι η ύλη και η ενέργεια είναι δύο όψεις του ίδιου νομίσματος, όλη αυτή η ενέργεια δημιουργεί ένα απέραντα τεράστιο Skittle. Γλυκιά εκδίκηση αν υπήρχε ποτέ.
Μπορείτε, ωστόσο, να επιταχύνετε την καραμέλα που μοιάζει με χάπι σε 99,9999% ταχύτητα φωτός με μια πεπερασμένη, αν είναι απίστευτα μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Ο Αϊνστάιν είναι δροσερός με αυτό. Εδώ είναι το περίεργο πράγμα. Αν ταξιδεύατε με την ταχύτητα του φωτός, θα μοιάζει με ένα απόλυτα φυσιολογικό κομμάτι καραμέλας, αλλά αν το κοιτάξετε από τον έξω κόσμο, η ζαχαρούχα απόλαυση θα ήταν ολόκληρο το σύμπαν. Και οι δύο απόψεις είναι εξίσου έγκυρες και αυτή είναι η ουσία του σχετικά.
Δυαδικότητα κυμάτων-σωματιδίων φωτός
Για να φανταστείτε καλύτερα μια μέρα στη ζωή ενός φωτονίου, ας συνεχίσουμε για τη βόλτα. Τα φωτόνια είναι η σωματιδιακή μορφή του φωτός, η οποία για μεγάλο χρονικό διάστημα κατανοήθηκε μόνο ως κυματιστά ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Στο παράξενο του κβαντικού κόσμου, το φως είναι τόσο ένα σωματίδιο όσο και ένα κύμα. Από τη δική μας προοπτική, ένα φωτονίο σχίζεται στα 186.000 μίλια το δευτερόλεπτο, αλλά για το ίδιο το φωτονίο, ο κόσμος παραμένει ακίνητος και ο χρόνος σταματά. Τα φωτόνια είναι παντού ταυτόχρονα. Πανταχού παρών. Δεν περνάει χρόνος για αυτούς.
Στη θεωρία της σχετικότητας, η κίνηση οτιδήποτε ορίζεται εξ ολοκλήρου από την άποψη του παρατηρητή. Από τη σκοπιά του φωτονίου, είναι σε ηρεμία. Από τη δική μας, κινείται σε χρόνο και χώρο. Όλοι έχουμε το δικό μας «πλαίσιο συντεταγμένων», έτσι ώστε όπου κι αν είμαστε, να είμαστε ξεκούραστοι. Αυτή είναι η σχετικότητα για εσάς - όλα τα καρέ είναι εξίσου έγκυρα.
Ας πούμε ότι βρίσκεστε σε αεροπλάνο. Αυτή η θλιβερή τσάντα από κουλουράκια που μόλις παραδόσατε βρίσκεται σε ηρεμία, επειδή βρίσκεται στο πλαίσιο των συντεταγμένων σας. Το άτομο δίπλα σας είναι επίσης σε κατάσταση ηρεμίας (και ελπίζουμε ότι δεν ροχαλητό). Ακόμα και το αεροπλάνο είναι σε ηρεμία. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, είναι εξίσου έγκυρο να απεικονίζουμε τον κόσμο έξω από το παράθυρο του αεροπλάνου να κινείται ενώ το ίδιο το αεροπλάνο παραμένει σε ηρεμία. Την επόμενη φορά που πετάτε, κλείστε τα μάτια σας μόλις το αεροπλάνο φτάσει σε υψόμετρο και σταθερή ταχύτητα. Θα ακούσετε τον θόρυβο των κινητήρων, αλλά δεν υπάρχει τρόπος να γνωρίζετε ότι πραγματικά κινείστε.
Η σχετικότητα προβλέπει επίσης αυτό αντικείμενα σύμβαση προς την κατεύθυνση της κίνησής τους. Παράξενο όπως ακούγεται, αυτό έχει επαληθευτεί από πολλά πειράματα. Όσο πιο γρήγορα ταξιδεύουν τα πράγματα, τόσο περισσότερο συστέλλονται.
Το αποτέλεσμα δεν γίνεται αισθητό έως ότου ένα αντικείμενο πλησιάσει την ταχύτητα του φωτός, αλλά οι μονάδες υπηρεσίας και πληρώματος Apollo 10 έφτασαν σε ταχύτητα 0,0037% την ταχύτητα του φωτός. Από την προοπτική ενός ατόμου στο έδαφος, η μονάδα μήκους 11,03 μέτρων συρρικνώθηκε κατά περίπου 7,5 νανόμετρα, μια εξαιρετικά μικρή αλλά μετρήσιμη ποσότητα. (Ένα φύλλο χαρτιού έχει πάχος 100.000 νανόμετρα). Παρομοίως, οι αποστάσεις συστέλλονται, μηδενίζονται με μηδενική ταχύτητα φωτός.
Η συρρίκνωση του μήκους συμβαίνει επειδή ένας στατικός παρατηρητής βλέπει τον ταχύτατο χρόνο του ταξιδιώτη με διαστημόπλοιο. Δεδομένου ότι το φως μετράται σε μονάδες χρόνου - δευτερόλεπτα φωτός, έτη φωτός - για να συμφωνήσουν οι δύο για την ταχύτητα του φωτός (μια σταθερά σε όλο το σύμπαν) ο "χάρακας" του ταξιδιώτη πρέπει να είναι μικρότερος. Και είναι πραγματικά από τη στάση σας αν μπορούσατε να κοιτάξετε μέσα στο πλοίο. Ταξιδεύοντας με ταχύτητα φωτός 10%, ένα διαστημόπλοιο 200 ποδιών μειώνεται στα 199 πόδια. Στο 86,5%, έχει μέγεθος 100 πόδια ή μισό και 99,99% μόνο 3 πόδια!
Έχουμε ταξιδέψει πολύ σήμερα - καθισμένοι ήσυχοι στα πλαίσια αναφοράς μας.
