Världen blir konstigare ju närmare ljusets hastighet du kommer. Nikada/Getty Images När vi var barn, vi blev förvånade över att Superman kunde resa snabbare än en snabbkula. Vi kan till och med föreställa oss honom, jaga ner en projektil som skjuts från ett vapen, hans högra arm utsträckt, hans udda krusande bakom honom. Om han reste med halva kulans hastighet, hastigheten med vilken kulan flyttade bort från honom skulle halvera. Om han verkligen färdades snabbare än kulan, han skulle köra om det och leda vägen. Gå, Stålman! Med andra ord, Supermans antikviteter följde Newtons syn på rum och tid:att positioner och rörelser för föremål i rymden alla ska vara mätbara relativt ett absolut, referensram utan rörelse.
I början av 1900 -talet, forskare höll fast vid den newtonska synen på världen. Sedan kom en tyskfödd matematiker och fysiker med namnet Albert Einstein och förändrade allt. År 1905, Einstein publicerade sin teori om särskild relativitetsteori, som gav en häpnadsväckande idé:Det finns ingen föredragen referensram. Allt, jämn tid, är relativt. Två viktiga principer låg till grund för hans teori. Den första uppgav att samma fysikaliska lagar gäller lika i alla ständigt rörliga referensramar. Den andra sa att ljusets hastighet - cirka 186, 000 miles per sekund (300, 000 kilometer per sekund) - är konstant och oberoende av observatörens rörelse eller ljuskällan. Enligt Einstein, om Superman skulle jaga en ljusstråle med halva ljusets hastighet, strålen skulle fortsätta att röra sig bort från honom med exakt samma hastighet.
Dessa begrepp verkar bedrägligt enkla, men de har vissa sinnesböjande konsekvenser. En av de största representeras av Einsteins berömda ekvation, E =mc², där E är energi, m är massa och c är ljusets hastighet. Enligt denna ekvation, massa och energi är samma fysiska enhet och kan ändras till varandra. På grund av denna likvärdighet, energin ett objekt har på grund av sin rörelse kommer att öka dess massa. Med andra ord, ju snabbare ett objekt rör sig, desto större är dess massa. Detta blir bara märkbart när ett objekt rör sig riktigt snabbt. Om den rör sig med 10 procent av ljusets hastighet, till exempel, dess massa kommer bara att vara 0,5 procent mer än normalt. Men om den rör sig med 90 procent ljusets hastighet, dess massa kommer att fördubblas.
När ett objekt närmar sig ljusets hastighet, dess massa stiger snabbt. Om ett objekt försöker färdas 186, 000 miles per sekund, dess massa blir oändlig, och det gör energin som krävs för att flytta den. Av denna anledning, inget normalt föremål kan resa lika snabbt eller snabbare än ljusets hastighet.
Det svarar på vår fråga, men låt oss ha lite kul på nästa sida och ändra frågan något.
Vi täckte den ursprungliga frågan, men tänk om vi justerade det för att säga, "Tänk om du reste nästan lika snabbt som ljusets hastighet?" Isåfall, du skulle uppleva några intressanta effekter. Ett känt resultat är något fysiker kallar tidsutvidgning , som beskriver hur tiden går långsammare för objekt som rör sig mycket snabbt. Om du flög på en raket som färdades 90 procent av ljushastigheten, tiden för dig skulle halveras. Din klocka skulle gå framåt bara 10 minuter, medan mer än 20 minuter skulle gå för en jordbunden observatör.
Du skulle också uppleva några konstiga visuella konsekvenser. En sådan konsekvens kallas avvikelse , och det hänvisar till hur hela ditt synfält skulle krympa till en liten, tunnelformat "fönster" ut framför ditt rymdfarkoster. Detta händer för att fotoner (de extremt små ljuspaketen) - även fotoner bakom dig - verkar komma in från framåtriktningen. Dessutom, du skulle märka en extrem Doppler -effekt , vilket skulle få ljusvågor från stjärnor framför dig att trängas ihop, att föremålen ser blå ut. Ljusvågor från stjärnorna bakom dig skulle spridas isär och se röda ut. Ju snabbare du går, desto mer extremt blir detta fenomen tills allt synligt ljus från stjärnor framför rymdfarkosten och stjärnor bakåt helt förskjuts ur det kända synliga spektrumet (färgerna människor kan se). När dessa stjärnor rör sig ur din märkbara våglängd, de verkar helt enkelt blekna till svarta eller försvinna mot bakgrunden.
Självklart, om du vill resa snabbare än en hastighetsfoton, du behöver mer än samma raketteknik som vi har använt i decennier. Kanske att dra i blå strumpbyxor och en röd kappa är trots allt inte en så långsökt idé.
Ursprungligen publicerat:21 juli 2011
