Αρχική Special Topics Τι θα συνέβαινε αν η ταχύτητα του φωτός ήταν πολύ μικρότερη;

Τι θα συνέβαινε αν η ταχύτητα του φωτός ήταν πολύ μικρότερη;

0
light
Εικόνα: Yuichiro Chino / Getty
Διαφήμιση

Σύνταξη: ecozen.gr

Το φως είναι το πιο γρήγορα κινούμενο πράγμα στο σύμπαν. Τι θα συνέβαινε όμως αν η ταχύτητα του φωτός ήταν πολύ, πολύ πιο αργή;

Στο κενό, η ταχύτητα του φωτός είναι περίπου 186.000 μίλια ανά δευτερόλεπτο (300.000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο). Αν όμως ήταν πολύ μικρότερη, οι άνθρωποι θα το έβλεπαν αμέσως. Αν το φως ταξίδευε πολύ αργά, θα συνέβαιναν περίεργα πράγματα…

Σε αυτό το θεωρητικό ερώτημα έρχονται να απαντήσουν ο Gerd Kortemeyer, διευθυντής εκπαιδευτικής ανάπτυξης και τεχνολογίας στο ETH Zurich και ο Philip Tan, ερευνητής στο MIT Game Lab και οι συνεργάτες τους, με ένα βινετοπαιχνίδι που δίνει απαντήσεις στο ερώτημα.

Οποιοσδήποτε παίκτης μπορεί να βιώσει αυτό το υποθετικό σενάριο σε αυτό το παιχνίδι στον υπολογιστή που δημιούργησε ο Gerd Kortemeyer, Στο παιχνίδι, μπορείτε να δείτε τα παράξενα αποτελέσματα της αλλαγής των χρωμάτων και της φωτεινότητας, ακόμη και τις αλλαγές στα αντιληπτά μήκη των αντικειμένων, που θα προέκυπταν από μια πολύ χαμηλότερη ταχύτητα φωτός.

“Μια μειωμένη ταχύτητα φωτός”

Ενώ ο Kortemeyer εργαζόταν ως επισκέπτης καθηγητής στο MIT, αυτός, ο Tan και οι συνεργάτες του στο MIT Game Lab δημιούργησαν ένα παιχνίδι στον υπολογιστή για να δείξουν πώς θα ήταν ο κόσμος αν η ταχύτητα του φωτός ήταν αρκετά πιο αργή ώστε η ειδική σχετικότητα να ήταν αισθητή στην καθημερινή ζωή. Στο παιχνίδι, που κυκλοφόρησε το 2012 και ονομάζεται ” A Slower Speed ​​of Light “, ο παίκτης ελέγχει έναν χαρακτήρα που συλλέγει σφαίρες που μοιάζουν με μπάλα στην παραλία. Κάθε φορά που ο χαρακτήρας συλλέγει μία από τις 100 σφαίρες, η ταχύτητα του φωτός επιβραδύνεται. 

Στην πραγματικότητα, η ταχύτητα του φωτός δεν θα επιβραδυνόταν με τον τρόπο που επιβραδύνεται στο παιχνίδι. Η ταχύτητα του φωτός στο κενό δεν αλλάζει ποτέ και είναι σταθερή για κάθε παρατηρητή. Ωστόσο, η ταχύτητα του φωτός αλλάζει ανάλογα με τα υλικά από τα οποία διέρχεται, αλλά αυτό δεν αλλάζει τα αποτελέσματα της ειδικής σχετικότητας ή το πώς τα αντιλαμβανόμαστε, είπε ο Kortemeyer.

Ωστόσο, εάν μπορούσαμε να γίνουμε μάρτυρες της ειδικής σχετικότητας, θα παρατηρούσαμε αλλαγές στα χρώματα, τον χρόνο, την απόσταση και τη φωτεινότητα τα οποία η ομάδα ενσωμάτωσε αυτά τα εφέ στο παιχνίδι.

Αλλαγές χρώματος

Όταν η ταχύτητα της ανθρώπινης κίνησης πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός, κάτι που ονομάζεται σχετικιστικό φαινόμενο Doppler γίνεται αντιληπτό. Για να το καταλάβετε αυτό, θυμηθείτε ότι το φως λειτουργεί και ως σωματίδιο και ως κύμα. Ως κύμα, χαρακτηρίζεται από το μήκος κύματός του ή την απόσταση από κορυφή σε κορυφή, που καθορίζει το χρώμα του και τη συχνότητά του ή πόσες κορυφές περνούν σε μια δεδομένη χρονική στιγμή. 

Παρόμοια με τον τρόπο που, σύμφωνα με το φαινόμενο Doppler, η προσέγγιση μιας ηχητικής πηγής αυξάνει τη συχνότητά της ή το βήμα της καθώς οι κορυφές των κυμάτων φτάνουν στο αυτί σας όλο και πιο γρήγορα. Η κίνηση προς μια πηγή φωτός κάνει το μήκος κύματός της να φαίνεται μικρότερο, μετατοπίζοντας την φαινομενικό χρώμα του φωτός προς το μπλε και το ιώδες άκρο του χρωματικού φάσματος, είπε ο Kortemeyer. Η απομάκρυνση από ένα αντικείμενο, από την άλλη πλευρά, μετατοπίζει το εμφανές χρώμα του προς το κόκκινο άκρο του φάσματος. Εν ολίγοις, “το πράγμα που έρχεται προς το μέρος σας φαίνεται πιο μπλε ή αυτό που απομακρύνεται από εσάς φαίνεται πιο κόκκινο”, είπε ο Kortemeyer. 

Αλλαγές σε χρόνο και απόσταση

Ίσως ένα από τα πιο διάσημα αποτελέσματα της ειδικής σχετικότητας είναι ότι για έναν άνθρωπο που κινείται κοντά στην ταχύτητα του φωτός, ο χρόνος επιβραδύνεται. Σε αυτό το σενάριο, ένα άτομο που κινείται με ταχύτητα σχεδόν φωτός θα γερνά πιο αργά. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διαστολή χρόνου. 

Στο παιχνίδι, “τεχνικά, αντιμετωπίζετε διαστολή χρόνου, αλλά χωρίς να έχετε κάτι για να το συγκρίνετε, δεν σημαίνει πραγματικά τίποτα”, είπε ο Tan. Η διαστολή του χρόνου μπορεί να μην είναι αισθητή κατά τη διάρκεια του παιχνιδιού, αλλά στο τέλος, οι παίκτες βλέπουν μια οθόνη που τους ενημερώνει ότι έχει περάσει λιγότερος χρόνος από ό,τι για ένα σταθερό ρολόι, είπε ο Tan. Η διαστολή του χρόνου, όπως και τα άλλα εφέ της ειδικής σχετικότητας, συμβαίνει κατά τη διάρκεια του παιχνιδιού επειδή ο χαρακτήρας του παιχνιδιού κινείται κοντά στην ταχύτητα του φωτός.

Ένα άλλο αποτέλεσμα της ειδικής σχετικότητας είναι ότι τα μήκη των αντικειμένων που κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός – ή των ακίνητων αντικειμένων καθώς τα προσπερνάς με ταχύτητα σχεδόν φωτός – μειώνονται. Αυτό ονομάζεται συστολή μήκους. Αλλά το αποτέλεσμα είναι περίπλοκο, είπε ο Kortemeyer. Τα αντικείμενα που ζουμάρουν κοντά στην ταχύτητα του φωτός μπορεί να παρουσιάσουν συστολή μήκους και μπορεί να είναι μικρότερα, σύμφωνα με μετρήσεις ενός ακίνητου παρατηρητή, αλλά στην πραγματικότητα θα φαίνονται μακρύτερα στα μάτια αυτού του ατόμου λόγω ενός άλλου φαινομένου της ειδικής σχετικότητας που ονομάζεται φαινόμενο χρόνου εκτέλεσης, είπε ο Kortemeyer. . 

Για παράδειγμα, πείτε ότι ένα ποδήλατο έρχεται προς το μέρος σας. Το φως από το μπροστινό μέρος του ποδηλάτου έχει μικρότερη απόσταση για να ταξιδέψει στα μάτια σας από το φως από το πίσω μέρος του ποδηλάτου. Ως αποτέλεσμα, βλέπετε το μπροστινό μέρος του ποδηλάτου όπως ήταν πιο πρόσφατα και το πίσω μέρος του ποδηλάτου όπως ήταν πιο μακριά στο παρελθόν, όταν το ποδήλατο ήταν πιο μακριά. “Αυτό συνολικά κάνει το ποδήλατο να φαίνεται μακρύτερο”, είπε ο Kortemeyer. Μερικές φορές, αυτό το ίδιο εφέ μπορεί να κάνει τα αντικείμενα να φαίνονται παραμορφωμένα. 

Με άλλα λόγια, εάν η ταχύτητα του φωτός ήταν πολύ πιο αργή, τα αντικείμενα που κινούνται κοντά σε αυτήν την ταχύτητα μπορεί να φαίνονται πιο μακρύτερα και/ή να παραμορφώνονται στους ακίνητους παρατηρητές.

Ο κύριος Τόμπκινς στη χώρα των θαυμάτων

Ο Kortemeyer και ο Tan δεν ήταν οι πρώτοι που φαντάστηκαν έναν κόσμο με μικρότερη ταχύτητα φωτός. Το 1939, ο φυσικός George Gamow δημοσίευσε ένα εικονογραφημένο βιβλίο, με τίτλο “Ο κύριος Tompkins στη χώρα των θαυμάτων”, στο οποίο ο χαρακτήρας του βιβλίου οδηγεί ένα ποδήλατο μέσα από μια πόλη με αργή ταχύτητα φωτός και βιώνει σχετικιστικά εφέ. Του Αϊνστάιν «άρεσε πολύ αυτό το μικρό φυλλάδιο», είπε ο Kortemeyer. 

Τι θα μπορούσε να σκεφτεί ο μεγάλος φυσικός για το “A Slower Speed ​​of Light”; «Η περιέργεια θα μπορούσε να τον έκανε να παίξει εξαρχής, αφού αν αληθεύει αυτό που καταγράφουν οι ιστορικοί, ήδη στα 16 του ρώτησε τι θα βλέπατε αν οδηγούσατε μια δέσμη φωτός – κάτι που, φυσικά, δεν μπορείτε , αλλά στο παιχνίδι, μπορείτε να φτάσετε σχεδόν την ταχύτητα του φωτός», είπε ο Kortemeyer. «Νομίζω ότι θα έπαιζε το βιντεοπαιχνίδι μέχρι να αρρωστήσει απελπιστικά από την κίνηση — οι περισσότεροι φυσικοί παραμένουν παιδιά».

Διαφήμιση
Προηγούμενο άρθροΚ. Μητσοτάκης: Αίτημα στον Τζόνσον για επιστροφή των Γλυπτών του Παρθενώνα
Επόμενο άρθροΕπέτειος του Πολυτεχνείου: Τρεις αγωνίστριες θυμούνται…