بیگ بنگ: اگر نور با سرعت بسیار کمتری حرکت می‌کرد، اتفاقات عجیبی می‌افتاد. نور پرسرعت‌ترین چیز در جهان است. پس اگر سرعت نور خیلی خیلی کُندتر بود چه اتفاقی می‌افتاد؟ سرعت نور در خلاء حدود 300 هزار کیلومتر بر ثانیه است. اگر این سرعت چند مرتبه کُندتر بود، انسان‌ها بلافاصله متوجه می‌شدند.

به گزارش بیگ بنگ، محققان با طراحی یک بازی، اثرات عجیب تغییر رنگ‌ها و روشنایی و حتی تغییرات در سطح اجسام را می‌توانند مشاهده کنند که ناشی از سرعت بسیار پایین‌ نور است. “فیلیپ تان” دانشمند تحقیقاتی در آزمایشگاه بازی MIT، گفت: «سریع‌ترین سرعتی که هر انسانی توانسته حرکت کند حدود 0.0037 درصدِ سرعت نور است و برای رسیدن به این سرعت‌ها باید درون یک فضاپیما باشید.»

“گرد کورتمایر” مدیر توسعه آموزشی و فناوی مؤسسه فناوری فدرال زوریخ گفت: « با انجام آزمایش‌های فکری، فیزیکدانان به این نتیجه رسیدند که اگر انسان‌ها بتوانند با سرعت نزدیک به نور حرکت کنند، اتفاقات غیرعادی رخ می‌دهد. با توجه به نظریه نسبیت خاص آلبرت اینشتین که توضیح می‌دهد سرعت چه تأثیری بر جرم، زمان و مکان می‌گذارد، می‌توان گفت که زمان کُند می‌شود و همانطور که از کنار اجسام عبور می‌کنیم، آنها را کوتاه‌تر اندازه‌گیری می‌کنیم و اثر داپلر برای نور قابل مشاهده می‌شود. اگر به جای افزایش سرعت انسان، سرعت نور کاهش یابد، همین تغییرات رخ می‌دهد. در هر دو مورد، ما با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنیم.

سرعت آهسته‌ترِ نور

زمانی که “کورتمایر” به عنوان استاد مدعو در MIT کار می‌کرد، او، “تان” و همکارانش در آزمایشگاه بازی MIT یک بازی کامپیوتری ساختند تا نشان دهند که اگر سرعت نور به اندازۀ کافی پایین بود، “نسبیت خاص” در زندگی روزمره چگونه نمود پیدا می‌کرد. در این بازی که در سال 2012 منتشر شد و «سرعت آهسته‌تر نور» نام دارد، بازیکن کاراکتری را کنترل می‌کند که گوی‌های توپ مانندی را از ساحل جمع‌آوری می‌کند. هر بار که کاراکترِ مورد نظر یکی از 100 گوی را جمع‌آوری کند، سرعت نور کاهش می‌یابد.

در واقعیت، سرعت نور مانند بازی کُند نمی‌شود. سرعت نور در خلاء هرگز تغییر نمی‌کند و برای هر ناظری ثابت است. “کورتمایر” گفت:« با این حال، سرعت نور بسته به موادی که از میان آنها عبور می‌کند تغییر می‌یابد، اما این تأثیرات نسبیت خاص یا نحوۀ درک ما از آنها را تغییر نمی‌دهند. با این حال، اگر می‌توانستیم شاهد نسبیت خاص باشیم، متوجه تغییر رنگ‌، زمان، مسافت و روشنایی می‌شدیم و چنین افکت‌هایی در بازی گنجانده شده است.»

تغییرات رنگ

زمانی که سرعت حرکت انسان به سرعت نور نزدیک می‌شود، چیزی به نام “اثر دوپلر نسبیتی” قابل درک می‌شود. برای درک این موضوع، به یاد داشته باشید که نور هم به عنوان “ذره” و هم به عنوان “موج” عمل می‌کند. به عنوان یک موج، با طول موجش یا فاصله از تاج به تاج مشخص می‌شود که رنگ و فرکانس آن را تعیین می‌کند، یا مشخص می‌کند که چند تاج در یک زمان معین عبور می‌کند.

همین‌طور بر اساس اثر دوپلر، نزدیک شدن به یک منبع صوتی باعث می‌شود فرکانس یا زیر و بمی آن افزایش یابد؛ چون تاج‌های موج سریع‌تر به گوش شما می‌رسند، حرکت به سمت یک منبع نور باعث می‌شود طول موج آن کوتاه‌تر به نظر برسد و باعث تغییر رنگ ظاهری نور به سمت رنگ‌های آبی و بنفش در انتهای طیف رنگی شود. از طرف دیگر، دور شدن از یک جسم، رنگ ظاهری آن را به سمت رنگ قرمز در انتهای طیف تغییر می‌دهد. “کورتمایر” گفت: «چیزی که به سمت شما می‌آید آبی‌تر به نظر می‌رسد، اما چیزی که از شما دور می‌شود قرمزتر به نظر می‌رسد.»

تغییرات در زمان و مسافت

شاید یکی از معروف‌ترین اثرات نسبیت خاص این باشد: «برای انسانی که با سرعت نزدیک به نور پیش رود، زمان کُند می‌شود.» در این سناریو، فردی که با سرعت نزدیک به نور حرکت می‌کند با سرعت کمتری پیر می‌شود. به این پدیده «اتساع زمان» می‌گویند.

“تان” گفت: «در این بازی، از لحاظ فنی شما در حال تجربۀ اتساع زمان هستید؛ اما بدون داشتن چیزی برای مقایسه با آن، واقعاً هیچ معنایی ندارد.» اتساع زمان ممکن است در طول بازی قابل توجه نباشد، اما در پایان، بازیکنان صفحه‌ای را مشاهده می‌کنند که به آنها اطلاع می‌دهد که زمان کمتری نسبت به حالت عادی گذشته است. اتساع زمان، مانند دیگر اثرات نسبیت خاص، در طول بازی اتفاق می‌افتد زیرا کاراکتر بازی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند.

یکی دیگر از تأثیرات نسبیت خاص این است که طول اجسامی که نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند – یا اجسام ساکن که با سرعت نزدیک به نور از کنار آنها عبور می‌کنید – کوتاه می‌شود. به این اثر، انقباضِ طول می‌گویند. “کورتمایر” گفت: «اما این اثر پیچیده است.» اجسامی که با سرعت نزدیک به نور حرکت می‌کنند، ممکن است طبق اندازه‌گیری‌های یک ناظر ثابت، انقباض طولی را تجربه کنند و کوتاه‌تر شوند، اما در واقع به دلیل اثر دیگری از نسبیت خاص به نام اثر زمان اجرا (the runtime effect)، در چشم آن شخص طولانی‌تر به نظر می‌رسند.

مثلاً فرض کنید دوچرخه‌ای به سمت شما می‌آید. نور جلوی دوچرخه نسبت به نور پشت دوچرخه مسافت کمتری را برای رسیدن به چشمان شما طی می‌کند. در نتیجه، جلوی دوچرخه را همانطور که جدیداً بود و پشت دوچرخه را همانطور که در گذشته‌ی دورتر و در فاصله‌ی دورتری بود می‌بینید. “کورتمایر” گفت: «این به طور کلی باعث می‌شود دوچرخه طویل‌تر به نظر برسد.» گاهی اوقات، همین اثر می‌تواند باعث شود که اشیا تاب‌دار به نظر برسند. به عبارت دیگر، اگر سرعت نور بسیار آهسته‌تر بود، اجسامی که نزدیک به آن سرعت حرکت می‌کردند برای ناظرانِ ساکن، طویل‌تر و/یا تاب‌دار به نظر می‌رسند.

تغییرات در روشنایی

هنگامی که زیر باران راه می‌روید، ممکن است متوجه شوید که قسمت جلوی بدن‌تان، خیس‌تر می‌شود. همانطور که در زیر باران قدم می‌زنید نسبت به زمانی که ایستاده‌اید، با قطرات بیشتری مواجه می‌شوید. اما قسمت جلوی بدنتان از پشت بدن در برابر این قطرات اضافی، محافظت می‌کند. به گفته‌ی “کورتمایر” اگر با سرعتی نزدیک به نور حرکت می‌کردید، چنین اتفاقی رخ می‌داد.

علت این است که نور گاهی مثل مجموعه‌ای از ذرات به نام فوتون‌ها عمل می‌کند این است که همانند قطرات کوچک نور رفتار می‌کند. در بازی کامپیوتری نیز وقتی به سمت یک شی حرکت می‌کنید، نسبت به زمانی که ایستاده‌اید روشن‌تر به نظر می‌رسد، زیرا در حال قدم زدن در فوتون‌های آن هستید. به این اثر “نورافکن” می‌گویند.

آقای تامپکینز در سرزمین عجایب

“کورتمایر” و “تان” اولین کسانی نبودند که دنیایی با سرعت نورِ کمتر را تصور کردند. در سال 1939، فیزیکدان “جرج گاموف” کتابی مصور به نام «آقای تامپکینز در سرزمین عجایب» منتشر کرد که در آن شخصیت داستان با دوچرخه‌ای با سرعت نورِ کمتر در شهر حرکت می‌کرد و اثرات نسبیتی را تجربه می‌کرد. “کورتمایر” گفت: «اینشتین واقعاً آن کتابچه‌ی کوچک را دوست داشت.»

این فیزیکدان بزرگ در مورد «سرعت آهسته‌تر نور» چه فکری می‌کرده؟ کنجکاوی ممکن است در وهله اول او را به بازی واداشته باشد، زیرا مورخین از وی نقل کرده‌اند که در سن 16 سالگی می‌پرسید: «اگر سوار بر پرتو نور بودید چه می‌دیدید» – که البته نمی‌توانید بر روی پرتو نور چیزی ببینید، اما در بازی می‌توانید تقریباً به سرعت نور برسید.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: livescience.com