Τέσσερα πράγματα που ίσως δεν ξέρετε για την ταχύτητα του φωτός

H Google έφτιαξε Doodle για να γιορτάσει την 340η επέτειο από τότε που εκτιμήθηκε πρώτη φορά η ταχύτητα του φωτός.

Τι είναι η ταχύτητα του φωτός

Η ταχύτητα του φωτός είναι η ταχύτητα με την οποία το φως διαδίδεται στο κενό ή σε άλλα μέσα.

Η ταχύτητα του φωτός στο κενό που συμβολίζεται συνήθως με c, είναι 299.792.458 m/s (μέτρα το δευτερόλεπτο) σε μονάδες SI, δηλαδή κατά προσέγγιση 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο ή σε επιστημονική μορφή 3·108m/s.

Η ταχύτητα του φωτός στο «κενό» θεωρείται η μέγιστη ταχύτητα που μπορεί να αναπτυχθεί, όχι μόνο από το φως αλλά και από τα υπόλοιπα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, άλλες μορφές μετάδοσης ενέργειας και από την ύλη.

Η ταχύτητα αυτή είναι τόσο μεγάλη, ώστε αν ένας παρατηρητής κινούταν γύρω από τον ισημερινό της γης με αυτή την ταχύτητα θα ολοκλήρωνε το γύρω του κόσμου σε 13 εκατοστά του δευτερολέπτου.

Άλλο παράδειγμα είναι ότι το φως του ήλιου φτάνει στη γη μετά από 8 λεπτά, αφότου εκπεμφθεί από την επιφάνειά του.

Η ταχύτητα του φωτός δεν είναι σταθερή, αλλά εξαρτάται από το μέσο μέσα στο οποίο γίνεται η διάδοση. Συγκεκριμένα, όταν το φως διαδίδεται σε κάποιο υλικό (όπως το γυαλί ή ο αέρας), η ταχύτητά του εξαρτάται από τον δείκτη διάθλασης του συγκεκριμένου υλικού· όσο μεγαλύτερος είναι ο δείκτης διάθλασης, τόσο πιο μικρή είναι η ταχύτητα του φωτός μέσα στο υλικό.

Η ταχύτητα του φωτός σε άλλα υλικά είναι κατά κανόνα μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός στο κενό, ο δείκτης διάθλασης του κενού είναι 1 και στα υπόλοιπα υλικά μεγαλύτερος του ένα.

Λόγω της αλλαγής της ταχύτητάς του καθώς μεταβαίνει από ένα μέσο σε άλλο με διαφορετικό δείκτη διάθλασης παρατηρείται το φαινόμενο της διάθλασης, γιατί ισχύει ο νόμος της συντομότερης διαδρομής του φωτός.

Ταχύτητα του φωτός: Η ιστορία

O πρώτος που λέγεται ότι προσπάθησε να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός ήταν ο Γαλιλαίος το 1638.

Η ιδέα του ήταν μάλλον χονδροειδής. Δύο μαθητές του στέκονταν το βράδυ σε δύο γειτονικούς λόφους, κρατώντας ο καθένας από 1 καλυμμένο φανάρι. Ο πρώτος ξεσκέπαζε το φανάρι του και άρχισε να μετράει το χρόνο.

Ο δεύτερος ξεσκέπαζε το δικό του φανάρι μόλις έβλεπε το φως του φαναριού του πρώτου. Ο πρώτος σταματούσε το χρόνο μόλις έβλεπε το φως του φαναριού του δεύτερου.

Φυσικά με τα χρονόμετρα της εποχής εκείνης δεν ήταν δυνατό να μετρηθεί ένα χρονικό διάστημα 10 εκατομμυριοστών του δευτερολέπτου, όσος δηλαδή ήταν ο χρόνος που χρειαζόταν το φως για να διανύσει στις δύο κατευθύνσεις την απόσταση του ενάμιση χιλιομέτρου που χώριζε τους δύο λόφους.

Το 1666 έγινε για πρώτη φορά η μέτρηση της ταχύτητας του φωτός, αν και με κάποια ανακρίβεια, απ΄το Δανό αστρονόμο Ole Roemer.

O Roemer υπολόγισε την περίοδο των δορυφόρων του Δία, σκεπτόμενος ότι οι περίοδοι αυτοί θα έπρεπε πριν από οτιδήποτε άλλο να είναι σταθερές.

Αλλά όταν έκανε τις πρώτες μετρήσεις του, ανακάλυψε ότι οι περίοδοι αυτές δεν ήταν σταθερές. Για την ιστορία ο Roemer μέτρησε την ταχύτητα της τάξης των 310.000 km/s.

Στα 1725 ο James Bradley χρησιμοποίησε μια μέθοδο, που λεγόταν Αστρική Διαταραχή.

Αυτή η μέθοδος δέχεται ότι η γωνία, μέσα στην οποία το φως από κάποιο μακρινό αστέρα φτάνει στη γη διαφέρει, ανάλογα με τη θέση που έχει η γη εξαιτίας της τροχιάς της. Υπάρχει δηλαδή διαφορά, αν η γη πλησιάζει ή απομακρύνεται απ΄τον αστέρα.

Η μέθοδος του Γάλλου Fizeau αφορούσε το χρόνο που χρειαζόταν ένα σήμα φωτός να φτάσει ένα μακρινό καθρέφτη και να επιστρέψει.

Ο Fizeau χρησιμοποίησε έναν περιστρεφόμενο τροχό, ο οποίος σε περιοδικά χρονικά διαστήματα άφηνε το φως να διέλθει μέσα από το τηλεσκόπιο του. Ο καθρέφτης του απείχε περίπου 9 χιλιόμετρα από αυτόν και η περίοδος στο τηλεσκόπιο του ήταν 60 ms.

Αμφισβητούνε τη θεωρεία του Αϊνστάιν για την ταχύτητα του φωτός

Μόλις πριν λίγες μέρες αναπτύχθηκε η θεωρία ότι το φως δεν είχε πάντα την ίδια ταχύτητα (299.792.458 μέτρα το δευτερόλεπτο ή περίπου 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο).

Αυτή τη θεωρία για την ταχύτητα του φωτός υποστηρίζουν εδώ και κάποια χρόνια ορισμένοι επιστήμονες, αμφισβητώντας έτσι τη θεωρία του Αϊνστάιν.

Ο Ζοάο Μαγκουέγιο του Imperial College του Λονδίνου και ο Νιαγές Αφσορντί του Πανεπιστημίου Γουότερλου του Καναδά, υποστηρίζουν ότι η ταχύτητα του φωτός ήταν ακόμα μεγαλύτερη από αυτή που υπολογίζουμε, αμέσως μετά από την «Μεγάλη Έκρηξη» που δημιούργησε το σύμπαν.

Τώρα μάλιστα εκτιμούν ότι η θεωρία τους ωρίμασε και μπορούν να την παρουσιάσουν επίσημα.

Η ιδέα βέβαια, περί μη σταθερής ταχύτητας του φωτός, δεν είναι καινούρια, αλλά πρωτοεμφανίσθηκε στο τέλος της δεκαετίας του 1990, χωρίς ωστόσο να υιοθετηθεί από το σύνολο της επιστημονικής κοινότητας.

Μελετώντας την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, το κατάλοιπο της ακτινοβολίας που εκπέμφθηκε μετά το «Μπιγκ Μπανγκ» και η οποία ουσιαστικά αποτελεί ένα αποτύπωμα αυτού που συνέβη στο πρώιμο σύμπαν, οι δύο επιστήμονες ελπίζουν ότι τώρα έχουν τις απαραίτητες «ενδείξεις» για να υποστηρίξουν τη θεωρία τους.

Και αυτό γιατί, αν η ταχύτητα του φωτός ήταν μεγαλύτερη από ό,τι, σήμερα, αμέσως μετά από τη στιγμή που δημιουργήθηκε το σύμπαν, τότε αυτό θα είναι αποτυπωμένο μέχρι σήμερα στην μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου.

«Αν επαληθευθεί η θεωρία μας, αυτό θα σημαίνει ότι οι νόμοι της φύσης δεν ήσαν πάντοτε οι ίδιοι με τους σημερινούς», δήλωσαν οι επιστήμονες, που πιστεύουν ότι μέσα σε εύρος πέντε ετών, θα φανεί αν τα όσα υποστηρίζουν είναι σωστά ή όχι.