علامت سوال/ سرعت نور چیست؟

بيگ بنگ/ فلاسفه و پژوهشگران از ديرباز در جستجوي راه هايي براي درک نور بوده اند. آنان علاوه بر تلاش براي درک ويژگي هاي اصلي نور(اينکه نور از ذره يا موج تشکيل شده)، در خصوص اينکه نور با چه سرعتي حرکت مي کند، محاسبات متناهي انجام داده اند. دانشمندان از اواخر قرن هفدهم محاسبات را با تاکيد بر افزايش دقت در دستور کار خود قرار داده اند. به همين منظور، آنان به بينش بهتري پيرامون مکانيک نور و نقش مهمي که در فيزيک، اخترشناسي و کيهان شناسي ايفا مي کند، دست يافته اند. به عبارت ساده تر، نور با سرعتي باورنکردني حرکت مي کند و سريع ترين چيزي است که در جهان شناخته مي شود. سرعت نور بصورت يک ثابت و مانعي غير قابل شکست در نظر گرفته شده و به عنوان ابزاري جهت اندازه گيري مسافت مورد استفاده قرار مي گيرد. اما سرعت حرکت نور چقدر است؟ نور با سرعت ثابت ۱,۰۷۹,۲۵۲,۸۴۸٫۸ (۱٫۰۷ ميليارد) کيلومتر بر ساعت حرکت مي کند. بعبارت ديگر، نور در ۲۹۹,۷۹۲,۴۵۸ متر بر ثانيه قابليت حرکت دارد. همچنين، شخصي که با سرعت متوسط ۸۰۰ کيلومتر بر ساعت پرواز مي کند، مي تواند در بيش از ۵۰ ساعت يکبار دور سياره بچرخد. از ديدگاه اخترشناسي، فاصله ميانگين از زمين تا ماه ۳۸۴,۳۹۸٫۲۵ کيلومتر ميباشد. نور اين فاصله را در حدود يک ثانيه مي پيمايد. علاوه براين، فاصله ميانگين از خورشيد تا زمين تقريبا ۱۴۹,۵۹۷,۸۸۶ کيلومتر مي باشد. اين بدان معناست که نور در حدود هشت دقيقه آن مسافت را در مي نوردد.. پس اندکي جاي تعجب دارد که چرا سرعت نور به عنوان متريک براي تعيين فواصل نجومي استفاده مي شود. زماني که گفته مي شود ستاره اي نظير پروکسيما سنتوري ۴٫۲۵ سال نوري از زمين فاصله دارد، بدان معناست که با سرعت ثابت ۱٫۰۷ ميليارد کيلومتر بر ساعت، چهار سال و سه ماه طول مي کشد تا مسافت مورد نظر طي گردد. اما ما چگونه به اين اندازه گيري دقيق از سرعت نور دست يافتيم؟ تاريخچه مطالعات: پژوهشگران تا قرن هفدهم از اين مسئله اطمينان نداشتند که آيا نور با سرعتي متناهي حرکت مي کند يا بصورت آني. از يونان باستان گرفته تا دانشمندان عصر مدرن اين بحث ادامه پيدا کرد و نقطه نظرات مختلفي هم مطرح شد. اما تحقيقات اخترشناس دانمارکي به نام اول رومر نخستين اندازه گيري کمّي را در پي داشت. مشاهدات رومر در سال ۱۶۷۶ نشان داد که دوره هاي ماه در مشتري با نزديک شدن زمين به مشتري کوتاه تر مي شود. بنا به اين ادعا، وي نتيجه گرفت که نور با سرعتي متناهي حرکت مي کند. بر اساس برآوردهاي اين محقق، در حدود ۲۲ دقيقه زمان براي پيمودن قطر مدار زمين لازم است. کريستين هويگنس از اين ارزيابي بهره جسته و آن را با ارزيابي قطر مدار زمين ادغام نمود تا به ۲۲۰ هزار کيلومتر بر ثانيه برسد. آيزاک نيوتن نيز اشاراتي پيرامون محاسبات رومر در پژوهش هاي أپتيک خود داشته است. او با بررسي فاصله ميان زمين و خورشيد به اين محاسبه دست يافت که نور مي تواند در طول هفت يا هشت دقيقه از يکي به ديگري حرکت کند. اندازه گيري هاي بعدي انجام شده توسط فيزيکدان هاي فرانسوي به نام هاي هيپوليت فيزو و لئون فوکو محاسبات‌ قبلي را اصلاح و تکميل کرد. ماحصل اين کارها، مقدار ۳۱۵ هزار کيلومتر بر ثانيه بود. و دانشمندان در نيمه ي دوم قرن نوزدهم به پيوند ميان نور و الکترومغناطيس پي بردند. دانشمنداني که مسئوليت اندازه گيري بارهاي الکترومغناطيسي و الکترواستاتيکي را برعهده داشتند، از اين مسئله با خبر گشتند. بر طبق يافته هاي بعدي آنان، مقدار عددي بسيار نزديک به سرعت نور بود. نظريه ارائه شده توسط فيزئو نشان داد که امواج الکترومغناطيسي در فضاي خالي انتشار مي يابند. فيزيکدان آلماني ويلهلم ادوارد مدعي شد که نور يک نوع موج الکترومغناطيسي است. پيشرفت چشمگير ديگري در اوايل قرن بيستم به دست آمد. آلبرت اينشتين در مقاله ي سال ۱۹۰۵ خود با عنوان ” الکتروديناميک اجرام در حال حرکت ” تصريح نمود که سرعت نور در خلا در کليه ي نظام هاي مرجع يکسان و مستقل از منبع يا ناظر است. اينشتين به کمک اين ايده و اصل نسبيت گاليله توانست نظريه نسبيت خاص را مطرح نمايد که طي آن، سرعت نور در خلا ثابت است. قبل از نظريه فوق، دانشمندان اتفاق نظر داشتند که فضا با اتر درخشاني(ماده اي نامرئي که معتقد بودند فضا را پر کرده و موجب انتقال امواج نور و غيره مي شود) پر شده است. اين بدان مفهوم بود که سرعت اندازه گيري شده ي نور مجموع ساده اي از سرعت در محيط به اضافه ي سرعت آن محيط مي باشد. با اين حال، نظريه اينشتين به شکل موثري مفهوم اتر ساکن را بي اعتبار کرده و انقلابي در مفاهيم فضا و زمان پديد آورد. نظريه وي نه تنها اين ايده را در بر داشت که سرعت نور در کليه نظام هاي مرجع يکسان است، بلکه موجب گسترش اين گفتمان شد که در صورت حرکت چيزي نزديک به سرعت نور، تغييرات شگرفي حاصل مي آيد. مشاهدات او با معادلات الکتريسيته و مکانيک ماکسول مطابقت داشت. لذا محاسبات رياضي با کنار گذاشتن توضيحات اضافي که توسط ساير دانشمندان مورد استفاده قرار مي گرفت، تسهيل پيدا کرد. سرانجام، شاهد تطابق محاسبات با سرعت مشاهده شده ي نور هستيم. در طول نيمه دوم قرن بيستم، اندازه گيري هاي بسيار دقيق حاصل از تداخل سنج هاي ليزري و روش هاي رزونانس باعث شفاف تر شدن برآورد ها از سرعت نور گرديد. در سال ۱۹۷۲ ميلادي، گروهي در سازمان استاندارد ايالات متحده در بولدر کلرادو از روش تداخل سنج ليزري براي به دست آوردن مقداري هم اکنون ۲۹۹,۷۹۲,۴۵۸ متر بر ثانيه مي باشد، استفاده کردند. نقش سرعت نور در اختر فيزيک: نظريه اينشتين که مي گويد سرعت نور در خلأ مستقل از حرکت منبع است از آن زمان تاکنون بارها توسط دانشمندان طي آزمايش هاي مختلف مورد تأييد قرار گرفته است. اين نظريه همچنين بيان مي دارد که تمامي امواج و ذرات بدون جرم از قابليت حرکت در خلأ برخوردار اند. يکي از پيامد هاي چنين ايده اي آن است که اکنون کيهان شناسان فضا و زمان را به عنوان يک ساختار متحد در نظر گرفته و آن را فضا زمان مي نامند. سرعت نور در اين ساختار براي تعريف مقادير استفاده مي شود. اندازه گيري سرعت نور نيز به هنگام تعيين ميزان بسط کيهاني حائز اهميت بسياري است. با آغاز مشاهدات ادوين هابل و لميتر در دهه‌ي ۱۹۲۰ ميلادي، دانشمندان و اخترشناسان از موضع آگاهي يافتند که جهان در حال انبساط و گسترش است. بر اساس مشاهدات اين تلسکوپ ها، هرقدر کهکشاني در دوردستها واقع شده باشد، سرعت حرکت آن زيادتر خواهد بود. در آن چيزي که اکنون به عنوان پارامتر هابل شناخته مي شود و با سرعت کهکشان هاي دورتر بدليل انبساط کيهان در حال فاصله گرفتن از ما هستند. اين پديده از ديدگاه نظري بدان معناست که احتمال دارد برخي کهکشان ها سريع تر از سرعت نور هم حرکت کنند و اين حدي را بر هر چيز قابل مشاهده در دنياي ما اٍعمال مي کند. کهکشان هايي که سريع تر از سرعت نور حرکت مي کنند، توانايي گذر از افق رويداد کيهاني را دارند، يعني جايي که امکان مشاهده براي ما وجود ندارد. اندازه گيري هاي “سرخ گرايي( اثر دوپلر )” تا دهه‌ي ۱۹۹۰ از کهکشان هاي دوردست نشان داد که گسترش جهان در طول چند ميليارد سال گذشته در حال شتاب گيري بوده است. همين عامل منجر به مطرح شدن ” انرژي تاريک ” شد، يعني نيرويي مشاهده نشده که نقش پيشران را در گسترش فضا ايفا مي کند. توأم با نظريه نسبيت عام و خاص، مقدار سرعت نور در خلأ امروزه با دخالت علومي نظير کيهان شناسي، فيزيک کوانتوم و مدل استاندارد فيزيک ذرات محاسبه شده است. وقتي در خصوص حدي صحبت مي کنيم که ذرات بدون جرم مي توانند در آن حرکت کنند، سرعت نور ثابت مي ماند. اما براي ذراتي که داراي جرم اند، به صورت يک مانع عمل مي کند. شايد روزي راهي براي تخطي از سرعت نور پيدا کنيم. از آنجا که هيچ ايده ي عملي براي نحوه ي تحقق اين هدف در دست نيست، بايد در زمينه ي فناوري هايي سرمايه گذاري شود که امکان دور زدن قوانين فضا زمان را فراهم آورد. تا آن زمان بايد احتمالا با جهان قابل مشاهده فعلي سر کنيم و به کاوش در آن ادامه دهيم. با کانال تلگرامي «آخرين خبر» همراه شويد