Izvor: BBC Science Focus Magazine
Svi znamo da u kosmosu nema ništa brže od brzine svjetlosti – 299,792,458 metara u sekundi – ali zašto joj je brzina takva? Zašto nije neki drugi broj, veći ili manji? I zašto nam je toliko stalo da neke tamo brzine elektromagnetnih valova? Zašto je ona kamen temeljac moderne fizike? Pa, to je zato što je brzina svjetlosti, najjednostavnije rečeno, čudna.
Prva osoba koja je shvatila da svjetlost zaista ima brzinu bio je astronom po imenu Ole Romer. U kasnim 1600. godinama on je bio opsjednut čudnim pokretima mjeseca Io oko Jupitera. S vremena na vrijeme, veliki bi planet blokirao naš pogled na ovaj mali mjesec, stvarajući pomračenje, ali činilo se da se vremena između pomračenja tokom godine mijenjaju. Ili je bilo nešto čudno s orbitom mjeseca ili je po strani bilo nešto drugo.
Ključna uloga Maxwellova
Nekoliko godina posmatranja dovelo je Romera do zaključka. Kada vidimo pomračenje mjeseca Io, nalazimo se u određenom položaju u vlastitoj orbiti oko Sunca. Sljedeći put kada se desi pomračenje, nekoliko dana kasnije, mi smo u nešto drugačijem položaju, možda bliže ili dalje od Jupitera nego zadnji put. Ako smo udaljeniji to znači da moramo pričekati malo više vremena da bismo vidili sljedeće pomračenje, jer toliko više svjetlosti treba da dopre do nas. Jedini način da se ove varijacije objasne jeste da svjetlost ima brzinu.
Kontinuirana mjerenja tokom sljedećih nekoliko stoljeća učvrstila su mjerenja brzine svjetlosti, ali tek od 1800. godina svari su se počele razvijati. Ključnu ulogu je odigrao fizičar James Clerk Maxwell. U to vrijeme Maxwell se bavio istraživanjem do tada slabo shvaćenih pojava električne energije i magnetizma kada je otkrio jedinstvenu sliku koja bi mogla objasniti sva druga tumačenja. Postavljajući temelje onome što danas poznajemo kao elektromagnetska sila, u jednačinama je otkrio kako mijenjanje električnih polja može stvoriti magnetska polja i obrnuto. Valovima električne energije to onda omogućava da stvaraju valove magnetizma, čime nastaju i valovi električne energije koji mogu ići naprije-nazad, preskačući jedni druge, sposobni putovati i kroz svemir.
Kad je krenuo da izračuna brzinu ovih tzv. elektromagnetnih valova, Maxwell je dobio isti broj koji su naučnici koristili kao oznaku brzine svjetlosti. Prema tome, svjetlost je produkt elektromagnetnih valova i ona putuje tom brzinom, jer upravo tom brzinom valovi električne energije i magnetizma putuju kroz svemir.
I onda je došao Einstein
I sve je bilo dobro dok nije došao Einstein i pokazao kako brzina svjetlosti nema nikakve veze sa svjetlošću. Svojom teorijom relativnosti Einstein je shvatio pravu konekciju vremena i prostora, spojivši ih u poznatu vrijemeprosto (spacetime). Ali, prostor se razlikuje od vremena. Jedan metar ili stopa se razlikuju od jedne sekunde ili godine. Čini se da su to dvije potpuno različite stvari. Pa kako onda mogu biti na istoj podlozi?
Morala je postojati neka vrsta ljepila, neka veza koja bi nam omogućila prevođenje između pokreta u prostoru i pokreta u vremenu. Drugim riječima, moramo znati koliko, na primjer, vrijedi jedan metar prostora. Einstein je otkrio da postoji jedna konstanta, određena brzina, koja bi nam mogla reći koliko je prostora ekvivalentno količini vremena, i obrnuto.
Einsteinove teorije nisu rekle koji je to broj, sve dok svoju teoriju relativnosti nije primijenio na starim Maxwellovim jednačinama ustanovivši razinu konverzije koja je tačna brzina svjetlosti. Naravno, ova razina ne zna šta je elektromagnetni val, niti je zanima. To je samo neki broj koji je, ispada, Maxwell već izračunao i otkrio da to ni sam nije znao. Razlog tome je što su sve čestice bez mase sposobne putovati ovom brzinom, a budući da je svjetlost bez mase, ona može putovati tom bzinom. I tako, brzina svjetlosti je postala kamenom temeljcem moderne fizike. Ali opet pitamo, zašto baš taj broj s tom vrijednošću, a ne neki drugi? Zašto su zakoni kosmosa odabrali baš taj specifičan broj?
U fizici se više bave konstantama
Pa, broj zapravo i nije važan. On ima jedinicu uostalom: metara u sekundi. A u fizici svaki broj koji ima pridružene jedinice može imati bilo koju vrijednost, jer to znači da morate definisati koje su to jedinice. Na primjer, kako biste iskazali brzinu svjetlosti u metrima u sekundi, prvo morate znati šta su pak metar i sekunda. Prema tome, definicija brzine svjetlosti veže se uz definicije dužine i vremena.
U fizici se više bave konstantama koje nemaju jedinice ili dimenzije – drugim riječima, kontantama koje se pojavljuju u teorijama i koje su obični brojevi. Izgledaju više fundamentalnijim, jer ne ovise ni o jednoj drugoj definiciji. Drugačije rečeno, kada bismo upoznali neku vanzemaljsku civilizaciju vjerovatno ne bismo razumili njihovo mjerenje brzine svjetlosti, ali kada je riječ o bezdimenzionalnim konstantama, svi se možemo složiti. To su samo brojevi.
Dakle, s jedne strane, brzina svjetlosti može biti onakva kakva želi biti, jer ima jedinice koje mi trebamo definirati. S druge strane, brzina svjetlosti ne može biti ništa drugo nego ono što ona jeste, jer ako biste je promijenili, promijenili biste i strukturu konstante. Pa zašto je onda broj konstante takav kakav je, a ne nešto drugo? Dobro pitanje. Još uvijek ne znamo.
Izvor: space.com
About Author
