Tag en let lysfart over solsystemet, der starter ved solen
Vi har hørt det igen og igen. Intet materielt objekt kan teoretisk rejse hurtigere. Til alle praktiske formål er det kun lys, der er nok til at køre med lysets hastighed.
Når man bevæger sig i sådan hastighed, kan en lysstråle lynlåse jorden 8 gange på kun et sekund. En tur til månen tager kun 1,3 sekunder. Hurtig for sikker, men desværre ikke hurtig nok. Klik på afspilning på videoen, så ved du snart, hvad jeg mener. Udsigten begynder ved solen og rejser udad i solsystemet med lysets hastighed.
Planetafstand i AU Rejsetid ............................................ ........................ Merkur 0,387 193,0 sekunder eller 3,2 minutterVenus 0,723 360,0 sekunder eller 6,0 minutter Jorden 1.000 499,0 sekunder eller 8,3 minutterMars 1.523 759,9 sekunder eller 12,6 minutterJupiter 5,203 2595,0 sekunder eller 43,2 minutterLuft 9,538 4759,0 sekunder eller 79,3 minutterUranus 19,819 9575,0 sekunder eller 159,6 minutterNeptun 30.058 14998,0 sekunder eller 4,1 timerPluto 39,44 19680,0 sekunder eller 5,5 timer ..................... ..............................................
Afstande og lystider til planeterne og Pluto (fra Alphonse Swinehart)
Du kan måske først tænke, at at bevæge sig så hurtigt vil få os over banerne på de otte planeter i en fart. Jeg skulle ikke have været overrasket, men jeg fandt mig selv allerede blevet utålmodig, da Mercury fløj forbi ... efter 3,2 minutter. Jorden var stadig 5 minutter væk og Jupiter endnu 40! Det er grunden til, at videoen afbrydes på Jupiter - ingen vil holde sig til Plutos optræden 5 1/2 time senere.
Som videoen kedeligt, men effektivt demonstrerer, lever vi i et solsystem, hvor et par planeter er adskilt af store rum. Ikke engang lys er hurtigt nok til at tilfredsstille det menneskelige behov for hastighed. Men bare for at sætte tingene i perspektiv er NASAs hurtigst aktuelle menneskeskabte genstande Voyager I rumfartøj, der for nylig nåede en interstellar plads, der rejste med 38.000 km / h (17 km / sek) eller næsten 18.000 gange langsommere end lyshastighed.
Lad os udforske videre. Ethvert materielt objekt, for eksempel et kegle, der bevæger sig så hurtigt, ville blive uendeligt massivt. Hvorfor? Du har brug for en uendelig mængde energi for at accelerere Skittle til den nøjagtige lyshastighed. Da stof og energi er to ansigter på den samme mønt, skaber al denne energi en uendelig massiv kegle. Sød hævn, hvis der nogensinde var.
Du kan dog fremskynde den pille-lignende slik til 99.9999% lyshastighed med en endelig, hvis utrolig stor mængde energi. Einstein er sej med det. Her er den underlige ting. Hvis du rejste med lysets hastighed, ville det se ud som et helt normalt stykke slik, men hvis du skulle se på det fra omverdenen, ville sukkerholdig godbid være hele universet. Begge synspunkter er lige gyldige, og det er relativt essensen.
Lysbølgepartikeldualitet
For bedre at forestille os en dag i en fotons liv, lad os tage med på turen. Fotoner er partikelformen af lys, som i lang tid kun blev forstået som bølger af elektromagnetisk energi. I den underlige kvanteverden er lys både en partikel og en bølge. Fra vores perspektiv rip et foton ved 186.000 miles i sekundet, men til selve fotonet står verden stille, og tiden stopper. Fotoner er overalt på én gang. Allestedsnærværende. Ingen tid går for dem.
I relativitetsteorien defineres bevægelsen af noget helt fra en observatørs synspunkt. Fra fotons perspektiv er det i ro. Fra vores bevæger det sig over tid og rum. Vi har alle vores egen "koordinatramme", så hvor vi end er, er vi i ro. Det er relativitet for dig - alle rammer er lige gyldige.
Lad os sige, at du er i et fly. Den triste pose kringler, du lige blev overdraget, er i ro, fordi den er i din koordinatramme. Personen ved siden af dig er ligeledes i ro (og forhåbentlig ikke snorken). Selv flyet er i ro. Ifølge Einstein er det lige så gyldigt at forestille sig verden uden for flyvinduet, der bevæger sig, mens selve flyet forbliver i hvile. Næste gang du flyver, skal du lukke øjnene, når flyet når højden og konstant hastighed. Du hører motorernes støj, men der er ingen måde at vide, at du faktisk bevæger dig.
Relativitet forudsiger også det genstande kontrakt i retning af deres bevægelse. Mærkeligt, som det lyder, er dette blevet bekræftet af mange eksperimenter. Jo hurtigere ting rejser, jo mere trækker de sig sammen.
Effekten mærkes først, før et objekt nærmer sig lyshastighed, men Apollo 10 service- og besætningsmoduler nåede en hastighed på 0,0037% lysets hastighed. Set fra nogen på jorden blev det 11,03 meter lange modul krympet med ca. 7,5 nanometer, en meget lille, men målbar mængde. (Et ark papir er 100.000 nanometer tykt). Ligeledes trækkes afstandene ned, når bunden nedsættes ved lyshastighed.
Længde-sammentrækning opstår, fordi en stationær observatør ser et hurtigt rumskibets rejsendes tid krydser langsommere. Da lys måles i tidsenheder - lyssekunder, lysår - for at de to skal enes om lysets hastighed (en konstant over hele universet), skal rejsendes “lineal” være kortere. Og det er virkelig fra dit stationære perspektiv, hvis du på en eller anden måde kunne kigge inde i skibet. Rejser med 10% lyshastighed krymper et 200 fods rumskib til 199 fod. Ved 86,5% er det 100 fod eller halvdelen af størrelsen og ved 99,99% kun 3 fod!
Vi har rejst langt i dag - sad roligt i vores referencerammer.
