16 май 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Какво би се случило, ако скоростта на светлината беше много по-ниска?

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 10 януари 2022 в 00:01 165650
Какво би се случило, ако светлината пътуваше много по-бавно? Кредит: Pixabay

Светлината е най-бързо движещото се нещо във Вселената. И така, какво би се случило, ако скоростта на светлината беше много, много по-бавна? 

Ако светлината се движеше много бавно, щяха да се случат странни неща.

Във вакуум скоростта на светлината е около 300 000 километра в секунда. Ако беше с порядък по-бавна, хората веднага биха забелязали.

Всеки геймър може да изпита този хипотетичен сценарий в компютърна игра, създадена под ръководството на Герд Кортемайер (Gerd Kortemeyer), директор на Образователно развитие и технологии в Швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих, университет за наука, технологии, инженерство и математика. В играта може да видите странните ефекти от промяната на цветовете и яркостта и дори промените в възприеманите дължини на обектите, които са резултат от много по-бавна скорост на светлината.

Бавните скорости на човека

Дори и при най-високите скорости, които могат да постигнат хората, са малки в сравнение със светлината.

„Най-високата скорост, с която е пътувал човек, е около 0,0037% от скоростта на светлината и трябва да сте в някакъв космически кораб, за да достигнете тези скорости“, отбелязва пред Live Science Филип Тан (Philip Tan), изследовател в MIT Game Lab - лабораторията за игри на Масачузетския технологичен институт (MIT). 

Слънчевата сонда на НАСА Parker, която предоставя важна нова информация за Слънцето и за да го направи, стана най-бързият обект, създаден от човека за всички времена - 532 000 километра в час. Но и тя е само 0,05% от скоростта на светлината.

Но чрез мисловни експерименти физиците са установили, че биха се случили необичайни неща, ако хората можеха да пътуват със скорост, близка до светлината, разказва Кортемайер, доцент по физика в Мичиганския държавен университет. Според Специалната теория на относителността на Алберт Айнщайн - която обяснява как скоростта влияе на масата, времето и пространството - времето ще се забави, ще измерваме обектите като по-къси, докато минаваме покрай тях и ефектът на Доплер ще стане видим за светлината, наред с другите промени.

Същите тези промени биха се случили, ако вместо хората да ускоряват, светлината се забави. И в двата случая ще се движим със скорост, близка до светлината.

По-бавна скорост на светлината

Докато Кортемайер работи като гост-професор в MIT, той, Тан и колеги от MIT Game Lab създават компютърна игра, за да илюстрират какъв би бил светът, ако скоростта на светлината беше достатъчно бавна, за да може ефектите на Специалната теория на относителността да станат забележими в ежедневието. В играта, пусната през 2012 г. и наречена „По-бавна скорост на светлината“ (A Slower Speed of Light), играчът контролира герой, който събира сфери, подобни на плажна топка. Всеки път, когато героят събере едно от 100-те кълба, скоростта на светлината се забавя.

Всъщност скоростта на светлината няма да се забави начина, по който го прави в играта. Скоростта на светлината във вакуум никога не се променя и е постоянна за всеки наблюдател. Скоростта на светлината обаче се променя в зависимост от материалите, през които преминава, но това не променя ефектите на Специалната теория на относителността или начина, по който ги възприемаме, обяснява Кортемайер.

Ако можехме да станем свидетели на Специалната теория на относителността обаче, щяхме да забележим промени в цветовете, времето, разстоянието и яркостта и екипът включва тези ефекти в играта.

В компютърната игра A Slower Speed of Light играчите се доближават до скоростта на светлината, докато събират повече сфери. Кредит: MIT Game Lab © 2021 Massachusetts Institute of Technology

Промени в цвета

Когато скоростта на човешкото движение се доближи до скоростта на светлината, т. нар. релативистичен ефект на Доплер става забележим. За да разберете това, не забравяйте, че светлината действа едновременно като частица и вълна. Като вълна, тя се характеризира с дължината на вълната или разстоянието от гребен до гребен, което определя нейния цвят и честотата или колко гребена преминават за дадено време.

Подобно на начина, по който според ефекта на Доплер, когато източник на звук приближава неговата честота или височина изглежда сякаш се увеличава, тъй като гребените на вълната достигат до ухото ни по-бързо, придвижването към източник на светлина прави дължината на вълната ѝ да изглежда по-къса, измествайки видимият цвят на светлината към синия и виолетовия край на цветовия спектър, казва Кортемайер.

Отдалечаването от обект, от друга страна, измества видимия му цвят към червения край на спектъра. Накратко, „обект, който идва към вас, изглежда по-син, а обект, който се отдалечава от вас, изглежда по-червен“, обяснява Кортемайер.

Цветният спектър. Когато скоростта на човешкото движение се доближи до скоростта на светлината, релативистичният ефект на Доплер става забележим. Придвижването към източник на светлина измества видимия цвят на светлината към синия и виолетовия край на цветовия спектър. Отдалечаването от обект измества видимия му цвят към червения край на спектъра. Кредит: Wikimedia Commons

Промени във времето и разстоянието

Може би един от най-известните ефекти на Специалната теория на относителността е, че за човек, който се движи близо до скоростта на светлината, времето се забавя. В този сценарий човек, който се движи със скорост, близка до светлината, ще остарява по-бавно. Този ефект се нарича забавяне на времето.

В играта „технически изпитвате забавяне на времето, но без да имате с какво да го сравните, това всъщност не означава нищо“, коментира Тан. Забавянето на времето може да не се забележи по време на играта, но в края играчите виждат екран, който ги информира, че за тях е минало по-малко време, отколкото за неподвижен часовник, обяснява Тан. Забавянето на времето, подобно на другите ефекти на Специалната теория на относителността, се случва по време на играта, защото героят на играта се движи близо до скоростта на светлината.

Друг ефект на Специалната теория на относителността е, че дължините на обектите, движещи се близо до скоростта на светлината - или неподвижните обекти, докато минавате покрай тях със скорост, близка до светлината - се скъсяват. Това се нарича скъсяване на дължината. Но ефектът е сложен, отбелязва Кортемайер. Обектите, приближаващи се със скорост, близка до скоростта на светлината, може да изпитат скъсяване на дължината и може да са по-къси според измерванията на стационарен наблюдател, но всъщност ще изглеждат по-дълги за очите на този човек поради друг ефект на Специалната теория на относителността, наречен ефект на времетраене, разказва Кортемайер .

Например, да кажем, че към вас идва велосипед. Светлината от предната част на велосипеда има по-късо разстояние, за да стигне до очите ви, отколкото светлината от задната част на велосипеда. В резултат на това виждате предната част на велосипеда, каквато е била наскоро, и задната част на велосипеда, каквато е била по-далеч в миналото, когато велосипедът е бил по-далеч.

„Това като цяло прави велосипеда да изглежда по-дълъг“, коментира Кортемайер. Понякога същият ефект може да накара обектите да изглеждат изкривени.

С други думи, ако скоростта на светлината беше много по-ниска, обектите, движещи се близо до тази скорост, биха могли да изглеждат по-дълги и/или изкривени за неподвижните наблюдатели.

Промени в яркостта

Когато вървите в дъжда, може да забележите, че сте по-мокри отпред, отколкото отзад. Докато влизате в дъжда, срещате повече дъждовни капки, отколкото, ако бихте стояли на едно място, но предната част на вас защитава задната част от тези допълнителни дъждовни капки. Нещо подобно би се случило, ако се движите със скорост, близка до светлината, обяснява Кортемайер.

Това е така, защото светлината понякога се държи като група частици, наречени фотони, които са като малки капчици светлина. Докато се движите към обект в компютърната игра, той изглежда по-ярък, отколкото когато стоите неподвижно, защото се движите насреща на неговите фотони. Това се нарича ефект на прожектора.

Мистър Томпкинс в страната на чудесата

Кортемайер и Тан не са първите, които си представят свят с по-ниска скорост на светлината. През 1939 г. физикът Джордж Гамов публикува книга с картинки, наречена „Мистър Томпкинс в страната на чудесата“, в която главният герой кара колело през град със забавена скорост на светлината и изпитва релативистични ефекти. Айнщайн „много е харесал тази малка книжка“, разказва Кортемайер.

Как би реагирал великият физик на играта „По-бавна скорост на светлината“?

„Любопитството може да го накара да играе, тъй като, ако се вярва на историците, още на 16-годишна възраст той е питал какво ще видите, ако се движите върху лъч светлина – нищо, разбира се, не може да видите, но в играта можете да достигнете почти скоростта на светлината“, коментира Кортемайер. „Но тогава мисля, че просто щеше да играе видеоиграта до прилошаване – повечето физици обичат да играят.“

Източник: What would happen if the speed of light was much lower?
Ashley P. Taylor, Live Science.


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Физика
Законът на Мърфи
25 февруари 2022 в 11:011
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.