Има едно число, което всъщност управлява цялата ни реалност. То

Защо Вселената е наложила ограничение на скоростта на светлината? За да ни спаси от хаоса

Има едно число, което в действителност ръководи цялата ни действителност. То няма нищо общо с човешките закони или стопанската система, само че от него зависи самата конструкция на пространството, времето и причинността. Това е скоростта на светлината във вакуум – 299 792 458 метра в секунда. Това не е просто мярка за скоростта, с която се движат фотоните, а фундаментален закон, който дефинира какво е допустимо във Вселената и какво не.

Но за какво въобще съществува тази граница? И по какъв начин нещо толкоз безусловно е било измерено от хора, които даже не могат да се приближат до тази граница? Отговорите на тези въпроси разкриват логиката, върху която е построена нашата Вселена.

Какво пази този закон?

На пръв взор концепцията за ограничаване на скоростта наподобява странна. Ако приложите сила към даден обект, той следва да се форсира. Повече сила значи по-голямо ускоряване. Тогава за какво този развой да не продължи безпределно?

Причината се крие в едно от най-известните уравнения във физиката: E=mc². На обикновено равнище то ни споделя, че силата и масата са двете страни на една и съща монета и могат да се смятат за взаимозаменяеми. И това е цялостна смяна в играта при скорости, близки до светлинната – по този начин наречените релативистки скорости.

Когато се пробвате да ускорите обект с маса (било то галактически транспортен съд или обикновена частица), вие влагате сила в него. Но с приближаването към скоростта на светлината все по-голяма част от тази сила стартира да се трансформира в маса, а не в скорост. Обектът става по-тежък, инерцията му нараства. Колкото повече се приближава до заветната граница, толкоз по-голяма става масата му и толкоз повече сила е нужна за всяка последваща, най-малка стъпка на ускоряване.

За да доближи скоростта на светлината, обект с маса би се нуждаел от безкрайна сила. А това е физически невероятно. Вселената просто няма да го разреши. Ето за какво светлинната преграда е непреодолима за всичко, което има маса.

Но какво да кажем за самата светлина? Фотонът, светлинната парченце, може да се движи с тази скорост точно тъй като няма маса на покой. Не му се постанова да преодолява личната си инерция.

Но какво би станало, в случай че го нямаше това ограничаване?

Нека си представим за миг, че този закон може да бъде заобиколен. Ами в случай че можехме да изпратим сигнал или галактически транспортен съд по-бързо от скоростта на светлината? Последствията биха били не просто странни – те биха разрушили самата конструкция на действителността.

Специалната доктрина на относителността демонстрира, че за външния наблюдаващ времето се забавя за бързо движещ се обект. Този резултат се назовава закъснение на времето. Колкото по-близо е скоростта на обекта до скоростта на светлината, толкоз по-бавно тече времето за него от позиция на наблюдаващия. При скоростта на светлината времето за него стопира.

Какво ще стане, в случай че надхвърлим този предел? Математиката споделя, че времето ще стартира да тече назад.

Това значи, че сигнал, изпратен по-бързо от светлината, би дошъл в местоназначението си преди да бъде изпратен. Бихте видели тази публикация, преди да натисна бутона „ публикувай “. Накратко, следствието щеше да предхожда повода, а това е цялостен провал на причинността – правилото, че едно събитие провокира друго в строга поредност. Без този принцип Вселената би се трансформирала в безпорядък, в който е невероятно да се разграничи повода от следствието. Така че ограничаването на галактическата скорост не е ограничаване, а поръчител за реда.

Как се мери това, което не можеш да настигнеш?

Векове наред хората даже не са били сигурни, че светлината има скорост. Много учени са вярвали, че разпространяването ѝ е незабавно. Първите опити за премерване на скоростта са били много груби: Галилей да вземем за пример се пробва да записва закъснението, с което светлината от фенер на един рид доближава до наблюдаващ на различен рид. Експериментът се проваля – човешката реакция е прекомерно мудна на такива дребни дистанции.

Пробивът настава през 1675 година с помощта на астрономията. Датският астроном Оле Рьомер следил Йо, сателит на Юпитер. Той забелязал нещо необичайно: времето, което било належащо на Йо, с цел да направи едно завъртане към планетата, изглеждало друго през другите интервали на годината. Когато Земята обикаляла към Юпитер, интервалите на обиколка на Йо изглеждали по-кратки. Когато Земята се отдалечава за по-дълго време.

Рьомер е схванал какво не е наред. Орбитата на Йо не се е променяла. Това, което се трансформира, е дистанцията, което светлината от спътника би трябвало да измине, с цел да доближи Земята. Когато нашата планета е била по-далеч, на светлината е било належащо повече време, с цел да доближи Земята, и ние сме виждали събития (като влизането на Йо в сянката на Юпитер) със забавяне. Това е първата действителна проява, че светлината има последна скорост. Използвайки данните на Рьомер, сътрудника му Кристиан Хюйгенс направил калкулации и получил първата в историята оценка – към 220 000 километра в секунда. Това не е напълно тъкмо, само че за XVII век е много близко.

Квантовият вакуум и произходът на константата C

Някои откриватели, в развой на сливане сред относителността и квантовата физика, се пробват да изчислят цената на C, употребявайки по-фундаментални правила. Най-обещаващата концепция включва това, което се нарича… квантов вакуум. Противно на това, което човек би си показал, вакуумът не е изцяло празен. Той е изпълнен с квантови полета, които, даже при неявяване на материя, постоянно са подложени на дребни талази.

Тези талази се интерпретират като ефимерни (или виртуални) частици, които се появяват и унищожават взаимно незабавно. Статията от 2013 година, представена от Science Every Day, предлага смела догадка: в случай че приемем, че светлината по своята същина може да има безкрайна скорост, само че че тя непрекъснато се сблъсква с тези ефимерни частици, които пораждат във вакуума, това взаимоотношение би я забавило. Изчислявайки резултата от това квантово търкане, откривателите съумяха да стигнат до заключението, че… скоростта на светлината би била тъкмо равна на константата C. Това свързва скоростта на светлината с присъщите и колебаещи се свойства на самата конструкция на пространство-времето.

Защо тъкмо 299 792 458 м/сек?

Числото наподобява, първо, инцидентно, второ, неловко. Защо не е кръгло число като да вземем за пример 300 000 000? Въпросът не е в константата, а в нашите мерни единици.

Метърът и секундата са дефинирани от хората, с цел да опишат човешкия свят. Първоначално метърът е бил обвързван с размера на Земята, а секундата – с нейното въртене. Тези единици нямат нищо общо с фундаменталните свойства на Вселената. Самата физическа константа е безспорна. Числото, което използваме, с цел да я изразим, е просто свойство на нашата система за премерване. Ако измервахме скоростта на светлината, условно казано, в светлинни години за една година, тя щеше да е равна на единица.

Именно крайността на тази скорост поражда последното разследване. Ако всеки сигнал се нуждае от време, с цел да стигне от точка А до точка Б, тогава не съществува такова нещо като обективно „ в този момент “ за цялата Вселена. Когато погледнете отражението си в огледалото, вие виждате себе си в предишното – дребната част от секундата, която е била нужна на светлината, с цел да измине пътя от вас до огледалото и назад.

За две събития, които се случват на разнообразни места, не постоянно е допустимо да се каже еднопосочно кое от тях е било първо. Отговорът зависи от това къде се намира наблюдаващият и с каква скорост се движи. Във Вселената няма едно само „ в този момент “.

И всичко това е разследване от една константа. Един неизменим закон, който прави света по едно и също време предсказуем и безпределно забавен.