هل يمكن لأي شيء أن يسافر أسرع من سرعة الضوء؟

هل يمكن لأي شيء أن يسافر أسرع من سرعة الضوء؟

انطباع فنان عن أشعة الضوء. تنص نظرية النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين على أن الضوء ينتقل بسرعة كبيرة ، في فراغ ، ولا شيء في الكون قادر على التحرك بشكل أسرع.

هل يهم إذا كان في فراغ؟

في عام 1676 ، من خلال دراسة حركة قمر المشتري Io ، قام عالم الفلك الدنماركي Ole Rømer بحساب أن الضوء ينتقل بسرعة محدودة. بعد عامين ، بناءً على البيانات التي جمعها رومر ، أصبح عالم الرياضيات والعالم الهولندي كريستيان هويجنز أول شخص يحاول تحديد السرعة الفعلية للضوء ، وفقًا للمتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي في مدينة نيويورك.

توصل Huygens إلى رقم 131000 ميل في الثانية (211000 كيلومتر في الثانية) ، وهو رقم غير دقيق وفقًا لمعايير اليوم - نحن نعلم الآن أن سرعة الضوء في "فراغ" الفضاء الفارغ تبلغ حوالي 186،282 ميلًا في الثانية الثانية (299.792 كم في الثانية) - لكن تقييمه أظهر أن الضوء ينتقل بسرعة لا تصدق.

وفقًا لنظرية النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين ، يسافر الضوء بسرعة كبيرة بحيث أنه ، في الفراغ ، لا شيء في الكون قادر على التحرك بشكل أسرع. 

أكد جيسون كاسيبري ، الأستاذ المشارك في هندسة الطيران في مركز أبحاث الدفع بجامعة ألاباما في هانتسفيل ، "لا يمكننا التحرك عبر فراغ الفضاء أسرع من سرعة الضوء".

أجاب السؤال ، أليس كذلك؟ ربما لا. عندما لا يكون الضوء في فراغ ، هل تسري القاعدة؟

قالت كلوديا دي رام ، عالمة الفيزياء النظرية في إمبريال كوليدج بلندن. وقالت إن هناك بعض المحاذير التي يجب مراعاتها.

يُظهر الضوء خصائص تشبه الجسيمات وتشبه الموجة ، وبالتالي يمكن اعتباره جسيمًا ( فوتونًا ) وموجة. يُعرف هذا بازدواجية الموجة والجسيم.

قال دي رام إنه إذا نظرنا إلى الضوء على أنه موجة ، فهناك "أسباب متعددة" تجعل موجات معينة تنتقل أسرع من الضوء الأبيض (أو عديم اللون) في وسط. وقالت إن أحد هذه الأسباب هو أنه "عندما ينتقل الضوء عبر وسيط - على سبيل المثال ، الزجاج أو قطرات الماء - فإن الترددات أو الألوان المختلفة للضوء تنتقل بسرعات مختلفة."

أوضح مثال مرئي على ذلك يحدث في أقواس قزح ، والتي عادةً ما يكون لها أطوال موجية حمراء طويلة وأسرع في الأعلى وأطوال موجات بنفسجية قصيرة وأبطأ في الأسفل ، وفقًا لما نشرته جامعة ويسكونسن ماديسون . 

عندما ينتقل الضوء عبر الفراغ ، فإن الأمر نفسه ليس صحيحًا.

"كل الضوء هو نوع من الموجات الكهرومغناطيسية ، وكلها لها نفس السرعة في الفراغ (3 × 10 ^ 8 أمتار في الثانية). وهذا يعني أن كل من موجات الراديو وأشعة جاما لها نفس السرعة ،" ريت ألين ، أحد علماء الفيزياء قال أستاذ في جامعة جنوب شرق لويزيانا.

لذلك ، وفقًا لدي رام ، فإن الشيء الوحيد القادر على السفر أسرع من سرعة الضوء هو ، بشكل متناقض إلى حد ما ، الضوء نفسه ، على الرغم من أنه لا يكون في فراغ الفضاء. تجدر الإشارة إلى أنه بغض النظر عن الوسيلة ، لن يتجاوز الضوء أبدًا سرعته القصوى البالغة 186282 ميلًا في الثانية.

نظرة عالمية

وفقًا لكاسيبري ، هناك شيء آخر يجب مراعاته عند مناقشة الأشياء تتحرك أسرع من سرعة الضوء.

وقال: "هناك أجزاء من الكون تتوسع بعيدًا عنا أسرع من سرعة الضوء ، لأن الزمكان يتمدد". على سبيل المثال ، رصد تلسكوب هابل الفضائي مؤخرًا ضوءًا عمره 12.9 مليار عام من نجم بعيد يُعرف باسم إيرنديل. ولكن نظرًا لأن الكون يتوسع في كل نقطة ، فإن إيرنديل يتحرك بعيدًا عن الأرض وكان منذ تكوينه ، لذا فإن المجرة الآن على بعد 28 مليار سنة ضوئية من الأرض.

رسم تخطيطي للطيف اللوني المرئي.

في هذه الحالة ، يتمدد الزمكان ، لكن المادة في الزمكان لا تزال تنتقل ضمن حدود سرعة الضوء.

لذا ، من الواضح أنه لا شيء يسافر أسرع من الضوء الذي نعرفه ، ولكن هل هناك أي موقف قد يكون ممكنًا فيه؟ قال دي رام إن نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين ، ونظريته اللاحقة للنسبية العامة ، "مبنية على مبدأ أن مفاهيم المكان والزمان نسبية". ولكن ماذا يعني هذا؟ قال دي رام: "إذا كان شخص ما قادرًا على السفر أسرع من الضوء وحمل المعلومات معه ، فإن مفهومه عن الوقت سيكون مشوهًا مقارنة بمفهومنا". "يمكن أن تكون هناك مواقف يمكن أن يؤثر فيها المستقبل على ماضينا ، وعندها ستتوقف بنية الواقع بأكملها عن المعنى."

قد يشير هذا إلى أنه قد لا يكون من المرغوب فيه جعل الإنسان يسافر أسرع من سرعة الضوء. لكن هل يمكن أن يكون ذلك ممكنًا؟ هل سيأتي وقت نكون فيه قادرين على ابتكار حرفة يمكنها دفع المواد - والبشر في نهاية المطاف - عبر الفضاء بوتيرة تفوق سرعة الضوء؟ قال كاسيبري: "اقترح المنظرون أنواعًا مختلفة من فقاعات الاعوجاج التي يمكن أن تتيح السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء".

لكن هل دي رام مقتنع؟

قال دي رام: "يمكننا أن نتخيل القدرة على الاتصال بسرعة الضوء مع أنظمة خارج نظامنا الشمسي ". "لكن إرسال بشر فعليين بسرعة الضوء أمر مستحيل ، لأننا لا نستطيع تسريع أنفسنا بهذه السرعة.

وأضافت: "حتى في حالة مثالية للغاية حيث نتخيل أنه يمكننا الاستمرار في تسريع أنفسنا بمعدل ثابت - متجاهلين كيف يمكننا حتى الوصول إلى تقنية يمكنها الاستمرار في تسريعنا باستمرار - لن نصل في الواقع إلى سرعة الضوء". "يمكن أن نقترب ، لكننا لا نصل إليه أبدًا".

هذه نقطة أكدها كاسيبري. "بإهمال النسبية ، إذا كنت تريد التسارع بمعدل 1 جيجابت [جاذبية الأرض] ، فسوف يستغرق الأمر عامًا للوصول إلى سرعة الضوء. ومع ذلك ، لن تصل أبدًا إلى هذه السرعة حقًا لأنك عندما تبدأ في الاقتراب من سرعة الضوء ، تزداد طاقة الكتلة ، وتقترب من اللانهاية.

"أحد" رموز الغش "القليلة المعروفة الممكنة لهذا القيد هو توسيع الزمكان وتقليصه ، وبالتالي تقريب وجهتك منك. يبدو أنه لا يوجد حد أساسي للمعدل الذي يمكن أن يتوسع أو ينكمش عنده الزمكان ، مما يعني أننا قد نكون قادرين على الالتفاف على حد السرعة هذا في يوم من الأيام ".

وبالمثل ، ألين واثق من أن الانتقال أسرع من الضوء بعيد عن الاحتمال ، ولكن ، مثل كاسيبري ، أشار إلى أنه إذا أراد البشر استكشاف كواكب بعيدة ، فقد لا يكون من الضروري الوصول إلى مثل هذه السرعات.

قال ألين: "الطريقة الوحيدة التي يمكننا من خلالها فهم التحرك بشكل أسرع من الضوء هي استخدام نوع من الثقوب الدودية في الفضاء". "هذا لن يجعلنا في الواقع نذهب أسرع من الضوء ، ولكن بدلاً من ذلك يعطينا اختصارًا إلى مكان آخر في الفضاء."

ومع ذلك ، فإن كاسيبري غير متأكد مما إذا كانت الثقوب الدودية ستكون خيارًا واقعيًا على الإطلاق.

وقال: "من المفترض أن تكون الثقوب الدودية ممكنة بناءً على حل خاص لمعادلات مجال أينشتاين". "بشكل أساسي ، ستمنحك الثقوب الدودية ، إن أمكن ، اختصارًا من وجهة إلى أخرى. ليس لدي أي فكرة عما إذا كان من الممكن إنشاء واحدة ، أو كيف يمكننا حتى القيام بذلك."