Valgus liigub läbi universumi suurimal kiirusel, mida astronoomid saavad mõõta. Tegelikult on valguse kiirus kosmiline kiirusepiirang ja midagi kiiremini liikumist pole teada. Kui kiiresti valgus liigub? Seda piiri saab mõõta ja see aitab määratleda ka meie arusaama universumi suurusest ja vanusest.
Mis on valgus: laine või osake?
Valgus liigub kiiresti, kiirusega 299, 792, 458 meetrit sekundis. Kuidas saab seda teha? Selle mõistmiseks on kasulik teada, mis valgus tegelikult on ja see on suuresti 20. sajandi avastus.
Valguse olemus oli sajandeid suur mõistatus. Teadlastel oli raskusi selle laine ja osakeste olemuse mõistmisega. Kui see oli laine, mida see läbi levitas? Miks tundus, et see sõidab kõikides suundades sama kiirusega? Ja mida saab valguse kiirus meile kosmose kohta öelda? Alles Albert Einstein kirjeldas seda teooriat eriline relatiivsus aastal 1905 sattus see kõik tähelepanu keskpunkti. Einstein väitis, et ruum ja aeg olid suhtelised ja valguse kiirus oli konstant, mis neid kahte ühendas.
Mis on valguse kiirus?
Sageli öeldakse, et valguse kiirus on püsiv ja miski ei saa liikuda kiiremini kui valguse kiirus. See pole nii täielikult täpne. Väärtus 299 792 458 meetrit sekundis (186 282 miili sekundis) on valguse kiirus vaakumis. Valgus aga aeglustub, kuna see läbib erinevaid meediume. Näiteks kui klaas liigub läbi klaasi, aeglustub see vaakumis umbes kahe kolmandikuni kiirusest. Isegi õhus, mis on peaaegu vaakum, tuli aeglustub veidi. Läbi kosmose liikudes kohtab ta nii gaasi- ja tolmupilvi kui ka gravitatsioonivälju ja need võivad kiirust pisut muuta. Gaasi- ja tolmupilved neelavad läbi selle ka osa valgust.
See nähtus on seotud valguse olemusega, milleks on elektromagnetiline laine. Materjali levimisel selle elektrilised ja magnetväljad "häirivad" laetud osakesi, millega nad kokku puutuvad. Need häired panevad osakesed kiirgama valgust samal sagedusel, kuid faasinihkega. Kõigi nende "häirete" poolt tekitatud lainete summa põhjustab elektromagnetilise laine, mille sagedus on sama kui algse valguse korral, kuid lühema lainepikkusega ja seega ka aeglasema kiirusega.
Huvitav on see, et nii kiiresti kui valgus liigub, saab selle rada painutada, kui see möödub intensiivse gravitatsiooniväljaga ruumis asuvatest piirkondadest. Seda on üsna hõlpsasti näha galaktikaparvedes, mis sisaldavad palju ainet (sealhulgas tumeainet), mis kergitab valguse teed kaugematest objektidest, näiteks kvaasaritest.
Tulede kiirus ja gravitatsioonilised lained
Füüsika praegused teooriad ennustavad, et gravitatsioonilained liiguvad ka valguse kiirusel, kuid see on siiski nii kui teadlased uurivad mustade aukude ja neutroni kokkupõrkel tekkivate gravitatsioonilainete nähtust tähed. Muidu pole ühtegi teist objekti, mis nii kiiresti sõidaks. Teoreetiliselt nad saavad lähedal valguse kiirus, kuid mitte kiirem.
Üks erand sellest võib olla aeg-aeg ise. See tundub nii kauge galaktikad eemalduvad meist kiiremini kui valguse kiirus. See on "probleem", mida teadlased alles üritavad mõista. Selle huvitav tagajärg on aga see, et reiside süsteem põhineb ideel lõime ajam. Sellise tehnoloogia korral on kosmoselaev ruumi suhtes puhkeasendis ja see on tegelikult ruumi mis liigub, nagu surfar, kes ratsutab lainega ookeanil. Teoreetiliselt võib see võimaldada superluminalist reisi. Muidugi on ka muid praktilisi ja tehnoloogilisi piiranguid, mis takistavad, kuid see on huvitav ulmeidee, mis on teaduse vastu huvi tundnud.
Reisiajad valgusele
Üks küsimus, mille astronoomid avalikkuse liikmetelt pälvivad, on järgmine: "Kui kauaks kulub valgust edasi minna objekt X objektiks Y? "Valgus annab neile väga täpse viisi universumi suuruse mõõtmiseks määratledes vahemaad. Siin on mõned tavalisemad kauguse mõõtmised:
- Maa Kuule: 1.255 sekundit
- Päike Maale: 8,3 minutit
- Meie Päike järgmise lähima tähe juurde: 4,24 aastat
- Kogu meie Linnutee galaktika: 100 000 aastat
- Kõige lähemale spiraalne galaktika (Andromeda): 2,5 miljonit aastat
- Vaatlusvõime piir universum Maale: 13,8 miljardit aastat
Huvitav on see, et leidub objekte, mis jäävad meie nägemisvõimest kaugemale lihtsalt seetõttu, et universum laieneb, ja mõned asuvad "horisondi kohal", mida me ei näe. Nad ei tule kunagi meie vaatesse, ükskõik kui kiiresti nende valgus rändab. See on laieneva universumi elamise üks põnevaid mõjusid.
Toimetanud Carolyn Collins Petersen