απαγορευτικό φως

Η ταχύτητα του φωτός δεν είναι απλώς ένας αριθμός. Είναι μια φυσική διαδικασία. Όπως το απόλυτο μηδέν (-273) στη θερμοκρασία φανερώνει πως από εκείνο το σημείο σταματούν να δονούνται τα μόρια της ύλης, έτσι και η ταχύτητα του φωτός είναι το ανώτατο όριο ταχύτητας.

 

speed-limit

http://physicsgg.me/2013/09/25

Υποθέστε ότι ένα διαστημικό όχημα ταξιδεύει με ταχύτητα που πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός.

Ο πιλότος του διαστημοπλοίου αρχίζει να ανεβοκατεβάζει απεγνωσμένα το πηδάλιο της προωστικής ισχύος ώστε να κάνει το σκάφος να τρέξει ταχύτερα.

Παρά τις μεγάλες προσπάθειες του πιλότου, το διαστημόπλοιο δεν μπορεί να κερδίσει σ’ αυτό τον αγώνα δρόμου. Τι συμβαίνει λοιπόν;

Οι μηχανές ζορίζονται από τη διοχετευόμενη ενέργεια, αλλά αυτό δεν αυξάνει την ταχύτητα του διαστημοπλοίου, γιατί τίποτε δεν τρέχει πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός. Αλλά ούτε και η ενέργεια μπορεί έτσι απλά να εξαφανιστεί.

Το αποτέλεσμα είναι η ενέργεια που διοχετεύεται να «συμπιέζεται» και να μετατρέπεται σε μάζα.

Στην αρχή η διόγκωση είναι μικρή, αλλά όσο διοχετεύεται ενέργεια η μάζα θα συνεχίζει να αυξάνεται. Το διαστημόπλοιο θα συνεχίσει να διογκώνεται.

Ακούγεται παράξενο, αλλά υπάρχουν στοιχεία που το αποδεικνύουν. Εάν αρχίσετε να επιταχύνετε μικρά πρωτόνια, που έχουν μια «μονάδα» μάζας όταν είναι ακίνητα, στην αρχή απλώς κινούνται όλο και ταχύτερα, όπως εξάλλου το περιμένετε. Αλλά στη συνέχεια, όταν πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός, ένας παρατηρητής θα διαπιστώσει πράγματι ότι τα πρωτόνια αρχίζουν να αλλάζουν. Είναι ένα συνηθισμένο γεγονός στους επιταχυντές έξω από το Σικάγο και στο CERN κοντά στη Γενεύη και στην εργασία των φυσικών σ’ όλο τον κόσμο. Τα πρωτόνια στην αρχή «φουσκώνουν» και γίνονται δύο «μονάδες» μάζας -διπλά από ό,τι ήταν στην αρχή-, μετά τρεις μονάδες και όλο και περισσότερες στη συνέχεια, καθώς συνεχίζεται η διοχέτευση ενέργειας. Στις ταχύτητες της τάξης του 99,9997 επί τοις εκατό του c, τα πρωτόνια είναι 430 μεγαλύτερα από το αρχικό τους μέγεθος. (Αντλείται τόση πολλή ενέργεια από τους κοντινούς ηλεκτρικούς σταθμούς, που τα βασικά πειράματα προγραμματίζονται να διεξάγονται αργά τη νύχτα, ώστε να μη διαμαρτύρονται οι γείτονες γιατί τα φώτα τους χαμηλώνουν).

Επί αιώνες, η ενέργεια και η μάζα φαίνονταν εντελώς διαφορετικά πράγματα. Εξελίχθηκαν χωρίς να έρθουν σε επαφή.

Σε κανέναν δεν ήρθε η ιδέα, όπως στον Αϊνστάιν, ότι μπορούσε να υπάρχει ένας «φυσικός» διαβιβαστής μεταξύ ενέργειας και μάζας, όπως είδαμε στο παράδειγμα του διαστημοπλοίου, και ότι το c είναι ο συντελεστής μετατροπής που συνδέει αυτές τις δύο.

από το βιβλίο του D. BODANIS «Ε=mc2»
Εκδόσεις ΛΙΒΑΝΗ

massincrease

http://www.emc2-explained.info/Time-Dilation/#.VjbqXLfhDIU

 Η ιδέα της κοινής λογικής για τη μάζα είναι ότι αυτή αντιπροσωπεύει την ποσότητα της ύλης ενός σώματος. Πώς είναι δυνατόν να μεταβάλλεται η ποσότητα της ύλης ενός σώματος επειδή το θέτουμε απλώς σε κίνηση; Αλλά όταν ο φυσικός μιλάει για «μάζα» δεν εννοεί ακριβώς «ποσότητα ύλης» αλλά την «αδρανειακή μάζα».

Έτσι λοιπόν όταν ένας φυσικός ισχυρίζεται ότι η αδρανειακή μάζα ενός σώματος αυξάνεται καθώς αυξάνεται η ταχύτητά του, εννοεί ότι, αν ασκείται πάνω του η ίδια δύναμη, αυτή θα είναι όλο και λιγότερο αποτελεσματική στο να το επιταχύνει, καθώς το σώμα θα κινείται όλο και γρηγορότερα. Και καθώς το σώμα προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός, δεν θα είναι καθόλου αποτελεσματική. Διάφοροι φυσικοί, πριν από τον Αϊνστάιν, είχαν συμπεράνει ότι κάτι τέτοιο ίσχυε για τα ηλεκτρόνια, βασιζόμενοι σε συγκεκριμένους υπολογισμούς με τις εξισώσεις του Μάξγουελ και διάφορα πρότυπα για το ηλεκτρόνιο.

από το βιβλίο του JEREMY BERNSTAIN «ΑΪΝΣΤΑΪΝ»
Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

Πώς κατέληξε όμως ο Αϊνστάιν στην ιδέα ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή ανεξάρτητα από την κίνηση της πηγής που εκπέμπει το φως;

 Η αρχή αυτή παίζει τόσο σημαντικό ρόλο στη θεωρία του Αϊνστάιν ώστε αξίζει τον κόπο να την παρουσιάσουμε όσο πιο παραστατικά γίνεται. Αυτό που σημαίνει είναι ότι αν έχουμε έναν φανό που εκπέμπει φως και μετρήσουμε την ταχύτητα του εκπεμπόμενου φωτός, τότε η ταχύτητα αυτή θα είναι πάντοτε η ίδια, ανεξάρτητα από το πόσο γρήγορα ο φανός κινείται ως προς εμάς όταν εκπέμπει το φως.

Υπάρχει πλέον σήμερα άμεση πειραματική στήριξη γι’ αυτή την «αρχή της σταθερότητας». Το εντυπωσιακότερο παράδειγμα το προσφέρει το φως που προέρχεται από διπλούς αστέρες, δηλαδή από ζεύγη αστέρων που κινούνται σε τροχιά ο ένας γύρω από τον άλλο. Από ό,τι φαίνεται, υπάρχουν σημεία στην τροχιακή κίνηση του αστέρα στα οποία αυτός κινείται προς τη Γη και σημεία κατά τα οποία απομακρύνεται από αυτήν. Αν η ταχύτητα του φωτός διέφερε στα δύο αυτά διαφορετικά σημεία της τροχιάς του αστέρα, μπορούμε εύκολα να αποδείξουμε ότι θα βλέπαμε φαινομενικά -διαφόρων ειδών- «φευγαλέα» είδωλα του κινούμενου αστέρα. Θα φαινόταν να βρίσκεται, για να το πούμε έτσι, σε δυο μέρη ταυτόχρονα. Τέτοια είδωλα δεν παρατηρούνται. Και αυτό αποτελεί ισχυρότατο πειστήριο υπέρ της αρχής της σταθερότητας.

Οι εξισώσεις του Μάξγουελ περιέχουν ως μια από τις ιδιότητές τους την αρχή της σταθερότητας, αλλά καθώς αυτή ερχόταν σε σύγκρουση με τη Νευτώνεια Μηχανική, έπρεπε κάποιος να «μαντέψει» ποιες ήταν οι σωστές εξισώσεις. Εκείνη την εποχή υπήρχαν και άλλες υποθέσεις για το θέμα, τις οποίες ο Αϊνστάιν απέκλεισε γιατί δεν μπορούσε να σκεφτεί μορφή διαφορικής εξίσωσης η οποία να έχει λύσεις που να αναπαριστούν κύματα των οποίων η ταχύτητα εξαρτάται από την κίνηση της πηγής. Στην περίπτωση αυτή, η θεωρία της εκπομπής κυμάτων θα οδηγούσε σε σχέσεις φάσεων τέτοιες ώστε το διαδιδόμενο φως θα βρισκόταν άσχημα «ανακατεμένο» και θα μπορούσε ακόμη να «πέσει πάνω στον εαυτό του».

από το βιβλίο του J. BERNSTAIN «ΑΪΝΣΤΑΪΝ»
Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

Πώς γίνεται να βρεθεί το φως «άσχημα ανακατεμένο»; Τι ακριβώς εννοούσε ο Αϊνστάιν με την παραπάνω φράση; Ας δούμε μια απλή εξήγηση που δίνει ο Καρλ Σαγκάν. Υποθέστε ότι βρισκόμαστε στο παρακάτω σταυροδρόμι στη θέση που βρίσκεται ο φωτογράφος που τράβηξε τη φωτογραφία:

6a00d8345159c669e2015435dbad6c970c-800wi

Έστω ότι ένα αυτοκίνητο έρχεται από τον απέναντι δρόμο και ένα άλλο από τον δρόμο αριστερά. Έστω ότι τα δύο αυτοκίνητα συγκρούονται. Αν το φως από το απέναντι αυτοκίνητο διαδιδόταν πιο γρήγορα (επειδή το απέναντι αυτοκίνητο κινείται προς εμάς) σε σχέση με το φως από το αυτοκίνητο που έρχεται από αριστερά, ουσιαστικά θα βλέπαμε το απέναντι αυτοκίνητο να συγκρούεται μόνο του και ύστερα από λίγο θα έφτανε το φως από το αυτοκίνητο που κινείται από αριστερά.


ΤED: Είναι δυνατό το ταξίδι στο χρόνο;

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s


Αρέσει σε %d bloggers: