چرا سرعت نور اینقدر آهسته است؟

بیگ بنگ: نظریۀ نسبیت خاص اینشتین، سرعت نور را ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه اعلام نموده است، دانشمندان با انجام تحقیقاتی بر روی الکترومغناطیس و ستاره ­های دوردست، به این نتیجه رسیدند که سرعت نور، بیشترین سرعتی است که می­ توان به آن دست یافت. اما در مقایسه با ابعاد کیهان این سرعت چندان سریع به نظر نمی رسد.

به گزارش بیگ بنگ، محاسبه سرعت نور همیشه یکی از دغدغه­ های دانشمندان در طول تاریخ بوده است. تا قبل از قرن ۱۷ میلادی بحث سر این بود که آیا سرعت نور محدود است و یا از نقطه­ ای به نقطۀ دیگر در یک چشم به هم زدن حرکت می ­کند. در سال ۱۶۷۶ میلادی، اوله رومر اخترشناس دانمارکی، با مشاهدات خود از قمر مشتری به این مباحث پایان داد و مشخص شد سرعت نور محدود می ­باشد. کریستیان هویگنس اخترشناس مشهور آلمانی سرعت نور را معادل ۲۲۰ هزار کیلومتر بر ثانیه محاسبه کرد. در خلال دو قرن بعد، محاسبه سرعت نور دقیق تر و دقیق تر شد تا به محدوده ۲۹۹ هزار تا ۳۱۵ هزار کیلومتر بر ثانیه رسید.

بعد از آن جیمز کلرک ماکسول در سال ۱۸۶۵ این فرضیه را ارائه داد که نور یک موج الکترومغناطیسی است. در این فرضیه، سرعت نور با c نشان داده می­ شد. سپس در سال ۱۹۰۵ میلادی آلبرت اینشتین نظریه نسبیت عام را ارائه داد که در آن، سرعت نور همواره ثابت می­ باشد. تا سال ۱۹۷۵ میلادی، سرعت نور در خلاء ۲۹۹۷۹۲۴۵۸ متر بر ثانیه براورد شده بود. مطالعات دیگری نشان داد که نور در طول موج­ های مختلف حرکت کرده و از ذرات زیراتمی به نام فوتون، که جرم نداشته و رفتاری مشابه رفتار ذره و موج دارد، تشکیل شده است.

سال نوری

همانطور که قبلا گفته شد، سرعت نور (متر بر ثانیه) به این معنی است که نور مسافتی معادل ۹۴۶۰۵۲۸۰۰۰۰۰۰ کیلومتر در یک سال را می ­پیماید. این مسافت را به عنوان سال نوری شناخته و از آن در اندازه ­گیری­ فواصل زیاد استفاده می­ کنند. برای مثال، نزدیک­ترین ستاره به زمین(پروکسیما قنطورس) در حدود ۴٫۲۲ سال نوری با زمین فاصله دارد. مرکز کهکشان راه شیری در ۲۶ هزار سال نوری ما قرار دارد. طبق آخرین مشاهدات، دورترین کهکشان احتمالی از زمین، با نام MACS0647-JD در فاصله ۱۳٫۳ میلیارد سال نوری از ما قرار دارد.

تابش پس زمینه کیهانی یا همان تابش ­های باستانی، که از زمان بیگ بنگ باقی مانده، در فاصله ۱۳٫۸ میلیارد سال نوری ما قرار دارد. کشف این تابش نه تنها نظریه بیگ بنگ را تقویت کرد، بلکه به اخترشناسان کمک کرد که حدسیاتی تقریبا دقیق از سن کیهان داشته باشند. این مسئله نکته دیگری در مورد تعیین فواصل با سال نوری مطرح می­کند که فضا و زمان،در هم پیچیده هستند.

زمانی که ما نوری از یک شیء دوردست را مشاهده می­ کنیم، در واقع ما در زمان سفر می­ کنیم. زمانی که ما نور ستاره­ ای در فاصله ۴۰۰ سال نوری را مشاهده می­ کنیم، در واقع ما نوری که ۴۰۰ سال پیش از این شیء ساتع شده است را می ­بینیم. از این رو ما ستاره­ای که ۴۰۰ سال پیش وجود داشته است را می ­بینیم. در نتیجه، رصد اجرامی که میلیاردها سال نوری با زمین فاصله دارند، رصد گذشته کیهان می­باشد.

نور با سرعت بسیار بالایی حرکت می ­کند اما با توجه به شکل و اندازه کیهان، ممکن است از برخی نقاط جهان، میلیارد­ها سال زمان برای مشاهده آن نیاز باشد، زیرا در هر صورت سرعت نور با محدودیت روبرو است. از همین رو تعیین سرعت دقیق نور برای دانشمندان سیار مهم می ­باشد. تعیین سرعت نور نه تنها به ما کمک می­ کند اندازه  کیهان را مشخص کنیم، بلکه می­توانیم به کمک آن فرایند تکامل کیهان را نیز دنبال کنیم.

تغییر سرعت نور

در سال ۲۰۱۵، یک تیم از دانشمندان اسکاتلندی اعلام نمودند که راهی برای کاهش سرعت نور یافته است. محققان با ارسال فوتون از طریق ماسکی خاص، شکل آن را تغییر دادند. در این حالت نابهنجار، این ذرات بی نهایت نور، آهسته تر از فوتون های معمولی حرکت می کنند. تفاوت در سرعت تقریباً غیرقابل چشم پوشی بود، اما دستاورد آن به نوبۀ خود خیره کننده بود! در سرعت ۲۹۹٫۷۹۲٫۴۵۸ متر بر ثانیه، سرعت نور در مواجهه با محدودیت سرعتی نامنظم و غیرقابل تغییر، توقف می کند. اما چرا باید کسی بخواهد که سرعت نور را کم کند؟ با این وجود، این سرعت به اندازۀ کافی آهسته است!

سفر با سرعت نور

این مقیاس شاید برای کسانی که با تنها با سرعت ۱۱۰ کیلومتر بر ساعت در بزرگراه ها حرکت می کنند عجیب و غریب باشد؛ اما در مقیاسی کیهانی، بسیار بزرگ است. در نظر بگیرید، اگر کیهان قابل مشاهده به اندازه سیارۀ زمین کاهش یابد، عبور از کهکشان راه شیری تقریباً به مثابۀ رفتن به خانه همسایه خود است. و در عین حال، حرکت در مقیاس سرعت کیهانی کوچک ما، یعنی جهانی به اندازۀ زمین، در حدود ۱۰۰ هزار سال به طول می انجامید!

این مثال نشان می دهد که برای فضاپیمایی با سرعت نور، چقدر کاوش در کهکشان خسته کننده خواهد بود. چنین سفری بیش از یکصد نسل از بشر را در بر میگیرد! حتی اگر شما آرزوی بشر برای مسافرت میان ستاره ای با سرعت نور را در نظر نگیرید، و به جای آن به فوتون هایی که در سامانۀ خورشیدی ما وجود دارد فکر کنید، سرعت هنوز هم بسیار کند به نظر می رسد. همان طور که برایان کوبرلین ستاره شناس محاسبه نمود، ۴۵ دقیقه زمان نیاز است تا نور از خورشید به مشتری برسد و پنج ساعت برای رسیدن به پلوتو نیاز دارد.

و البته، هنگامی که با چشم غیرمسلح به آسمان نگاه می کنیم، ستارگانی را می بینیم که در ۴ هزار سال پیش وجود داشته اند ـ همین قدر زمان نیاز است تا نور آنها به ما برسد! بنابراین ما اکنون متوجه شدیم که نور سریع نیست، بلکه به طرز عذاب آوری آهسته است؛ اکنون ما می توانیم به این مسألۀ جدی تر و سخت تر بازگردیم: چرا؟ فیریکدانان نظری می توانند اندیشه کنند و کیهان شناسان اندازه گیری کنند. اما تمام روش های آموخته شدۀ آنها در حال حاضر منجر به پاسخی غیرقابل بازگشت رسیده است: به این دلیل که.

افزایش سرعت نور

گنارو تدسکو، فیزیکدان نظری، نسخۀ نسبتاً رضایت بخش تری را ارائه نموده است: گیتی به گونه ای ساخته شده است تا فوتون بتواند با آن سرعت در آن منتشر گردد، هیچ دلیلی وجود ندارد که چرا باید این گونه باشد، اما این، تنها راه است. فیزیک توضیح نمی دهد که چرا همه چیز آن گونه ای هست، که وجود دارد، بلکه توضیح می دهد که چگونه با استفاده از مدل های اثبات شده آنها را می توان پیش بینی نمود. بسیار خب، در گزاره ای بسیار شبیه به فیزیک نظری، پاسخ، یک پاسخ غیرمستقیم است، و ما هنوز در جهانی کم سرعت گیر کرده ایم.

برای نجات از این وضعیت، اجازه دهید تا سناریویی را بررسی نماییم که در آن سرعت نور بسیار سریع تر است. چطور می شود که بگوییم سرعت نور با استفاده از عامل  ۱۰۰۰، افزایش یافته است؟ استیو جونز این فرضیه را مورد بررسی قرار داده است. یک کشتی با سرعت نور می تواند در کمتر از یک قرن از کهکشان راه شیری عبور کند! سفر به آلفا قنطورس، خانه ای که به طور بالقوه احتمال سکونت در آن بسیار بالا است، کمتر از دو روز طول می کشد! به لطف افزایش سرعت نور، رایانه ها و شبکه ها سریع تر عمل می کنند، بسیار محتمل است که سیگنال هایی ار بیگانگان دریافت نماییم! اما ـ و این امایی بزرگ است ـ خورشید یک میلیون بار داغ تر می شود؛ بنابراین ما پخته خواهیم شد. بنابراین بهتر است که بیاموزید سرعت کم نور را دوست داشته باشید، هر چند که ممکن است شبیه تنبل سه انگشتی به نظر برسد اما اگر نور سریعتر بود، دیگر حیاتی بر روی زمین وجود نداشت!

ترجمه: محبوبه رحیمی- رضا کاظمی/ سایت علمی بیگ بنگ

منابع: universetoday.com , space.com

image_pdfimage_print
(24 نفر , میانگین : 4٫75 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=67921
تحریریه‌ی بیگ بنگ

تحریریه‌ی بیگ بنگ

وب سایت بیگ بنگ یک سایت علمی، تحقیقاتی میباشد که توسط تعدادی از علاقمندان به علم و دانش اداره می شود. این سایت از اواخر سال 1390 تاکنون به فعالیت خود در این حوزه ادامه داده است.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۳۰ پاسخ‌ها

  1. آرش گفت:

    با سپاس، تو مطالب قدیمی سایت گفته بودید وسعت کیهان در حدود ۹۰میلیارد سال نوری هست الان گفتید که دور ترین کهکشانی که مشاهده شده سیزده و سه میلیارد سال نوری فاصله داره ، ممنون میشم اگه ی توضیحاتی در این مورد بدید

    • Many Faced God گفت:

      نور ستاره های دورتر هنوز به زمین نرسیده ولی این دلیل نمیشه که دورتر از فاصله ی ۱۳٫۳ میلیارد سال نوری چیزی که تابش داشته باشه مثل ستاره یا کهکشان وجود نداره

  2. حسین گفت:

    برعکس آن هم می توان پرسید: چرا کیهان اینقدر پهناور است ؟ اگر سرعت نور را حدود همین ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر در ثانیه بگیریم می توانیم سوال کنیم چرا فاصله اجرام آسمانی اینهمه زیاد است؟

  3. بهنام طیبی گفت:

    والا سرعت نور همچین کم هم نیست
    جهان هستی بیش از حد غول و بیکران

  4. محمدحسین گفت:

    مقاله تون فوق العاده بود! بسیار لذت بردم! هیچ وقت درباره این موضوع فکر نکرده بودم و یا تحقیق نکرده بودم که چقدر جالبه که سرعت نور که واقعا از دیدگاه ما خیلی زیاده اگه از جنبه کیهانی بهش نگاه کنیم واقعا آهسته است… واقعا جذاب بود 🙂

  5. morvarid گفت:

    چقدر عالی بود این مقاله تشکر از تیم حرفه ای بیگ بنگ

  6. حمید گفت:

    من اصلا تخصص در زمینه نجوم ندارم. میشه لطفا پاسخ بدین اگر ما داریم به گذشته ی ستارگان یا جهان نگاه میکنیم آیا ممکن است ما به چیزی نگاه میکنیم که الان وجود ندارد ؟؟

  7. Cardinal گفت:

    بله دوست عزیز . دقیقا به همین معنی است. به عنوان مثال اگر ستاره ای با فاصله هزار سال نوری از بین برود و به سوپرنوا تبدیل شود, ما بر روی زمین تا هزار سال دیگه همچنان نور معمول ستاره را می‌بینیم و هزار سال بعد از این متوجه می‌شویم که آن ستاره از بین رفته .
    این فاصله در مورد خورشید خودمون حدود هشت دقیقه است . یعنی اگر فرض کنیم در همین لحظه خورشید خاموش شود, ما تا هشت دقیقه دیگه بدون هیچ تاثیری خورشید را می‌بینیم و بعد از هشت دقیقه شاهد خاموش شدن آن هستیم .

    • حمید گفت:

      خیلی ممنون از پاسخ شما. پس این احتمال وجود داره که کهکشانها یا ستارگانی که فرضا ده میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند به هر دلیلی دیگه وجود نداشته باشند و انسان در مورد یک توهم یا تصویر در حال تحقیق است ؟؟! و شاید کیهان تنها تصویری از کهکشانها باشد !

  8. بهروز گفت:

    من فکر میکنم سرعت نور بینهایته و این محدودیت جهان ماده هست که سرعت نور رو به ۳۰۰/۰۰۰ km/s محدود کرده. به این دلیل که همین نور از یه منبعی تابیده بشه که با ۹۹٪ سرعت نور در حال دور شدن از شما باشه، وقتی نور از اونجا به سمت شما تابیده میشه اصولاً باید سرعت حرکت نور به سمت شما به طرز چشمگیری کاهش پیدا کنه، ولی مطالعات نشون داده که حتی یه ذره از سرعت حرکتش کم نمیشه. به این دلیل من فکر میکنم که سرعت نور در حقیقت بینهایته و این قوانین کیهان هست که سرعتش رو محدود کرده.

    • پوپک گفت:

      به سرعت نور میگن سرعت حدی . یعنی حد و محدوده ای براش تعیین شده . از ثابت های فیزیکه . سرعت نور تو خلاء هم همینه و ربطی به چیز دیگه نداره . همیشه سرعت موج الکترومغناطیس یا فوتون ها چه اینکه منبع نور ثابت باشه یا متحرک باشه یه عدد ثابته و ماهیت و دلیل این مسئله همچنان از اسرار جهان به حساب میاد

      • بهروز گفت:

        دوست عزیز توصیه میکنم پدیده ها رو یه مقدار با عقلتون آنالیز کنید و مثل یه ربات نگید سرعت نور ثابته! بله سرعتش ثابته چون محدودیت کیهانی بهش اجازه نمیده از این سریعتر حرکت کنه وگرنه پتانسیلش رو داره که سریعتر از این حرکت کنه! چرا اینو میگم؟ به دلیل اینکه شما یه اتوموبیل رو در نظر بگیرید که با سرعت در حرکته، یه نفر از داخل اتوموبیل اسلحه اش رو از پنجره میاره بیرون و به سمت عقب شلیک میکنه (سمت مخالف حرکت ماشین)، در اینجا گلوله سرعتِ همیشگیش رو نخواهد داشت چون در خلاف جهت ماشین شلیک شده. ولی نور اینجوری نیست، اگه از همون ماشین یه پرتو لیزری به سمت عقب پرتاب بشه، در سرعت حرکتش کوچکترین کاهشی وجود نخواهد داشت. این یه معنی بیشتر نداره، معنیش اینه که پرتو در لحظه جدا شدن از منبع، با سرعتی بیش از سرعت همیشگیش حرکت کرده که تونسته سرعت ماشین رو جبران کنه. پس اگه چیزی جلوی نور رو نگیره و محدودش نکنه، میتونه حتی بیشتر از ۳۰۰/۰۰۰ km/s حرکت کنه.

        • سپیده گفت:

          خب برای همین گفته میشه سرعت نور در خلا همیشه ثابت هست و به ناظر و سرعت و جهت حرکت اون بستگی نداره. یعنی شما اگه در هر حالتی و با هر سرعتی باشید و سرعت نور رو اندازه بگیرید به همون ثابت c میرسید.
          این ویژگی حیرت انگیز در موارد دیگه مشاهده نشده و منحصر ب نور و امواج الکترومغناطیس هست. پس با مثال هایی از اجسام جرم دار و مواد اطراف ما نمیشه اون رو رد و یا حتی مقایسه کرد.

        • 🌺ZEYNAB🌺 گفت:

          آقای بهروز!!! با احترام خواهشمندم فضا رو با زمین مقایسه نکن !
          چهره من از این کار(نه فقط شما بلکه هر کی این کارو می کنه)🤢🤢🤢😖😖😖😤😤😤
          نور رو به هیچ وجه من الوجوه نمی شه با گلوله تفنگ مقایسه کرد.
          اینم از دلیلام:
          اولا نور انرژی همیشگی داره و نیاز به چیزی که به قول معروف شارژش کنه نداره!!اما تفنگ نه!! توی خود🔫 سلاح 🔫 یه اتفاقاتی می افته که من دیگه وارد بحثش نمی شم که به قول معروف گلوله رو شارژ می کنه و باعث پرتابش میشه، و یه جایی بالاخره انرژیش تموم میشه ، اما نور نه!!نمیدونم منظورم رو فهمیدید یا نه!!
          دوما جاذبه رو نور تاثیر نمی ذاره اما لو گلوله تفنگ چرا!!!
          سوما تو زمین جاذبه هست اما فضا نه!!!
          واما چهارما و البته مهم ترینش نور پتانسیل داره انرژی داره اما جرم نداره ولی گلوله تفنگ چرا!!!

          بعد یه چیزی اگه جوابام غلط بود معذرت میخوام چون من در حد معلومات و حدسیات خودم که کلاس پنجم هستم پاسخ دادم.. ممنونم از تحریره ی بیگ بنگ!!
          خدا حافظ همگی🙋🏻🙋🏻

  9. Amir گفت:

    سوالی از اساتید😑
    اگه کیهانی در همسایگی کیهان ما وجود داشته باشه و با سرعت نور و ثابت
    به کیهان ما برخورد کنه و پیش بره احتمالا ما تا لحظه نابودی درکش نمیکنیم😑
    (دلیل اینکه از برخورد۲ کهکشان حرفی نزدم برا ی این بود که قابل تصور تر باشه!)

  10. حکیم غزیعلی گفت:

    شاید با کاهش سرعت نور بتوان به سریعتر از آن دستیافت

  11. حمید گفت:

    دوستان عزیز، من‌سوالمو دوباره تکرار میکنم شاید این سوال خیلی ابتدایی باشه ولی لطفا پاسخ بدید ممنون میشم : آیا این احتمال وجود داره که کهکشانها یا ستارگانی که فرضا ده میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند به هر دلیلی دیگه وجود نداشته باشند و انسان در مورد یک توهم یا تصویر در حال تحقیق است ؟؟! و شاید کیهان تنها تصویری از کهکشانها یا ستارگانی باشد که میلیاردها سال پیش نابود شده اند ؟؟!

    • حسین گفت:

      نوری که ما مشاهده میکنیم مربوط به گذشته میباشد و احتمال شما درست میباشد …

      • John Locke گفت:

        نه خیر احتمال شما و ایشون درست نیست
        چون انتقال گرانش یا امواج گرانشی یا اثار گرانشی آنی هست

        • سمیر الله وردی گفت:

          @John Locke دوست عزیز شما اشتباه می کنید، امواج گرانشی با سرعت نور منتقل می شود. بزودی یک مقاله در این خصوص می نویسیم.

          • John Locke گفت:

            پس فرمولهای انیشتین و هاوکینگ و دوستاش مثل هم اشتباه میکنن؟!
            قرار نیست هر چیزی که به اسم مقاله منتشر میشه درست باشه حتی انگلیسی!!!:))

          • سمیر الله وردی گفت:

            محض اطلاع شما، در نسبیت اینشتین هم انتشار امواج گرانشی با سرعت نور هست، شما از ارتباط آنی دارید صحبت می کنید که یک ادعای بسیار بزرگ هست و در حرفاتون هم به درهم تنیدگی کوانتومی اشاره نکردید تا بدونیم قصد دارید از این ارتباط آنی سخن میگید، از امواج گرانشی گفتید که سرعتشون برابر سرعت نور هست و آنی نیست. فقط کافیه مقاله های برخورد سیاهچاله ها و انتشار امواج گرانشی رو مطالعه کنید، تا حدودی با نحوه ی انتشار امواج گرانشی و فرمول بندی اینشتین آشنا میشید. پیروز و دانش پژوه باشید.

    • بله! همانطور که امواج مایکروویو زمینه کیهانی، حدود ۳۸۰ هزار سال بعد از بیگ بنگ منتشر شده اند و الان ما در حال دریافتشون هستیم. اما این به معنی توهم بودن این امواج نیست. این اتفاقات افتاده و ما اکنون قادر به رصد اونها هستیم و به نظر بنده یکی از بهترین اتفاقات دنیای علم هم همینه که سرعت نور حد داره چون اگر بی نهایت بود امروز از اونچه در گذشته اتفاق افتاده بی خبر بودیم و نظریه ی بیگ بنگی هم وجود نداشت.

  12. محمد گفت:

    چرا وقتی سرعت نور بیشتر بشه
    خورشید داغتر میشه؟

  13. ممد گفت:

    چقدر مسخره نتیجه گرفت! خب اگر سرعت فوتون بیشتر بود سرعت حیات هم بیشتر بود. اگر معادلات به هم میخورد چه بسا انواعی دیگر از حیات به وجود می آمد. اگر زمین غیرقابل پذیرش حیات میشد. کره ی دیگری میشد. خیلی ساده انگارانه از سرعت به خلق حیات و هوش جواب داد.

  14. علی گفت:

    سلام

    یک سوال برام پیش اومده چرا همه جا ( حتی در مقالات علمی ) به اشتباه گفته میشه برای سفر به انتهای کهکشان راه شیری به ۱۰۰ هزار سال زمان نیازه ؟

    این جمله نمیتونه درست باشه چرا که آثار اتساع زمان نسبیت خاص رو در نظر نمیگیره در حالیکه ما در مورد سرعت نور صحبت میکنیم و اگر با سرعت نزدیک به نور ( با سرعت نور نمیشه حرکت کرد) حرکت کنیم باید این آثار رو در نظر بگیریم چون که نتیجه بسیار چشمگیره !!! یعنی سفری که باید در ۱۰۰ هزار سال انجام بشه در حدود چند سال !!! امکانپذیره …

    اگه اشتباه می کنم لطفا راهنمایی کنید …

    • سمیر الله وردی گفت:

      این اظهار نظر از دیدگاه ناظر هست، چون مشخصه که کسی اگر با سرعت نور حرکت کنه، گذر زمان براش کند میشه و شاید این گذر رو اصلا احساس نکنه.

      • علی گفت:

        درسته ولی بهتره عنوان بشه که این اعداد از دید ناظر زمینی است والا شخصی که با سرعتی نزدیک به سرعت نور به انتهای کهکشان سفر میکنه و بر میگرده در حدود چند سال از عمرش گذشته ولی اشخاصی که روی زمین به ملاقاتش میان از هزاران نسل بعد خواهند بود و همه مردم هم نسل اون مردن ٬ به این معنی که اگر ما با سرعت نزدیک به سرعت نور مثلا ۹۹.۹۹ درصد سرعت نور حرکت کنیم می‌توانیم در مدت زمان کوتاهی از دید خودمان که در سفینه هستیم بین کهکشان ها سفر کنیم ولی این مدت زمان کوتاه برای ساکنین زمین بسیار بسیار طولانی خواهد بود.

        درسته ؟ منظور نویسنده هم همینه یا من اشتباه میکنم؟

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *