USS Enterprise NCC-1701-D
Credit: Memory-Alpha.Org/Paramount Pictures/CBS Studios
Tocmai ați făcut rost de o navetă spațială dotată cu un motor bazat pe fuziune nucleară. Dintotdeauna sunteți un aventurier. Sunteți gata să plecați către cea mai apropiată stea din afara sistemului nostru solar, Proxima Centauri (4,2 ani-lumină).
În momentul în care începeți călătoria, un foton este eliberat de Proxima Centauri și se îndreaptă către Terra. În momentul în care plecați, accelerați continuu, pentru a ajunge cât mai repede în apropierea stelei, unde veți face studii cu privire la proprietățile coronei stelare.
În momentul în care părăsiți suprafața terestră, desigur, fotonul se va îndrepta către Terra cu viteza c, viteza luminii în spațiul gol.
Dar ce viteză relativă va avea fotonul pe măsură ce accelerați și vă apropiați de Proxima Centauri? Invariabil, tot c, care are valoarea 299.792.458 m/s.
Această constatare ar trebui să fie uluitoare pentru oricine, oricât de bun cunoscător al fizicii ar fi. Oricum v-ați deplasa, indiferent dacă o să continuați să accelerați către steaua îndepărtată, dacă opriți motoarele, dacă reluați călătoria către Terra la viteza maximă pe care o permite naveta spațială, viteza fotonului față de navetă va fi mereu tot c...
Dar cum știe fotonul să se afle în acest raport de viteză cu nava noastră?
Mai mult, dacă am pleca de pe Terra nu o navetă spațială, ci cu 1.000, fiecare cu viteza ei, fiecare navetă spațială se va afla în raport cu fotonul nostru în aceeași „relație” stranie: fotonul va avea tot viteza c față de oricare dintre cele 1.000 de navete spațiale.
Această observație duce o concluzie inevitabilă: nu vorbim în fapt despre viteza unui „lucru” (un foton), ci despre o proprietate a universului. Într-un mod misterios universul face ca lucrurile să stea astfel.
Fără îndoială, această proprietate deocamdată inexplicabilă a lumii indică spre un mecanism despre care nu avem niciun indiciu, care trebuie să clarifice atât constanța vitezei luminii în spațiu gol, cât și alte fenomene pe care, cel mai probabil, le explicăm azi în moduri care sunt greșite ori incomplete.
Această proprietate stranie a universului are consecințe inevitabile la fel de stranii. Una este că distanța dintre naveta spațială și Proxima Centauri trebuie să se contracte pe măsură ce naveta accelerează! De ce? La momentul plecării către stea, se cunoaște exact distanța dintre Terra și stea. Să spunem, pentru simplitatea calculelor - 10 ani-lumină. Dar dacă naveta spațială ajunge la 80% din c, în raport cu steaua îndepărtată, distanța măsurată de astronautul din naveta spațială va fi de doar 6 ani-lumină. Formula de calcul este L=L0x√(1-(v2/c2)).
Ce legătură au toate acestea cu energia unui obiect?
Viteza luminii în spațiul gol, c, este, așadar, o proprietate a universului. E o limită a vitezei relative dintre oricare două entități din univers. Nimic, în raport cu altceva, nu poate depăși c. Și nimic nu poate ajunge la această viteză dacă are masă. Doar ceva fără masă, precum fotonul, gluonul sau undele gravitaționale poate atinge c.
Notă: Perspectiva este esențială în a înțelege „jocul” vitezelor în univers. Ca observator extern, poți calcula viteze relative între alte două obiecte ca fiind mai mari decât c...
Deși c este foarte mare în raport cu vitezele cu care suntem obișnuiți în viața de zi cu zi, dacă ne raportăm la distanțele dintre stele, atunci pare chiar mică. Încă o dată - cea mai apropiată stea noi este la 4,2 ani-lumină, deci un foton are nevoie de 4,2 ani!
Să ajungem și la relația dintre masă, energie și c...
Încă de la apariția fizicii moderne fizicienii au observat că orice relație dintre energie și masă trebuie să includă produsul a două viteze sau o viteză la pătrat. De exemplu, formula energiei cinetice este Ec=mv2/2, unde Ec este viteza cinetică, m este masa obiectului, iar v este viteza obiectului. Aceasta funcționează foarte bine la viteze relative mici.
Einstein, desigur, știa foarte bine aceste lucruri atunci când a ajuns la E=mc2.
Ce viteză ar fi putut să aleagă, dacă nu c? Nu avea nicio altă soluție. De ce? Pentru că atunci când vorbim despre energia unui obiect cu masă, luăm în calcul că obiectul este staționar. Are viteza 0, ceea ce este, desigur, o problemă din punct de vedere al calculelor.
Și atunci ce altă viteză ar fi putut lua în calcul care să aibă sens? Viteza unei galaxii care se depărtează de noi? Aceasta s-a schimbat și se schimbă continuu, deci formula s-ar schimba și ea în consecință.
Dar c nu este o viteză în sine, cum spuneam, ci o proprietate eternă a universului.
Prin urmare, orice relație dintre energie și masă trebuie să ia în calcul c și să fie de forma E=Xmc2. X depinde de cum este definită energia și masa. În cazul nostru, al oamenilor, X s-a întâmplat să aibă valoarea 1.
→ Citiți și:
• Lumina - una dintre cele mai paradoxale lucruri din univers
• Mecanismul Higgs. Cum obțin particulele elementare masa?
• De ce a vrut Einstein să reintroducă conceptul de eter
Articol inspirat de Why the speed of light is so fast?