مهروماه

سرعت نور در خلأ برابر با ۲۹۹٫۷۹۲٫۴۵۸ متر بر ثانیه است؛ دانشمندان نهایتأ در سال ۱۹۷۵ با این رقم به توافق رسیدند – اما چرا این رقم را تصویب کردند؟ و چرا این رقم اهمیت دارد؟

به گزارش بیگ بنگ، پاسخ به این سئوالات ما را به یک سفر جالب در اعماق فضا، زمان، فیزیک و اندازه گیری می برد و اما داستان هنوز گفته نشده است. مطالعات مدرن سرعت نور را برای اولین بار مورد پرسش قرار می دهند. برای شروع بهتر است تاریخ را مرور کنیم: در ابتدای قرن هفدهم، عموم بر این باور بودند که نور سرعت ندارد و فقط به طور آنی ظاهر می شود.

در قرن شانزدهم، این ایده به طور جدی به چالش کشیده شد. در وهله ی نخست دانشمندِ هلندی آیزاک بکمان در سال ۱۶۲۹ یک سری آینه را در اطراف انفجارات باروت قرار داد تا ببیند آیا مشاهده کنندگان هیچگونه اختلافی را در لحظۀ ظاهر شدنِ جرقه ی نور تشخیص می دهند یا خیر. متأسفانه این نتایج برای بکان و علم قانع کننده نبودند، اما در سال ۱۶۷۶ یک ستاره شناس دانمارکی به نام اوله رومر تغییرات عجیبی را در زمان ماه گرفتگیِ یکی از قمرهای مشتری در طول یک سال تشخیص داد.

آیا این تغییرات به این خاطر بودند که وقتی زمین دورتر باشد نور زمان بیشتری را لازم دارد تا از مشتری سفر کند؟ رومر این چنین تصور کرد و محاسبات دقیقش سرعت نور را تقریبأ ۲۲۰ هزار کیلومتر بر ثانیه اندازه گیری کردند – این تخمین اصلأ بد نیست، به ویژه با توجه به اینکه داده های او در مورد اندازه های سیاره همگی دقیق نبودند. آزمایشات بیشتر بر روی سیاره مان با استفاده از پرتوهای نور دانشمندان را به عدد درست نزدیکتر کردند و سپس در میانه ی دهه ی ۱۸۰۰، فیزیکدان جیمز کلرک مکسول معادلات مکسول خویش را معرفی کرد – روش های اندازه ی گیری میدان های الکتریکی و مغناطیسی در خلأ.

معادلات مکسول خواص الکتریکی و مغناطیسیِ فضای خالی را تثبیت کردند و پس از اینکه مشخص شد سرعت موج تابش الکترومغناطیسیِ فاقد جرم خیلی نزدیک به سرعت فرضیِ نور است، مکسول بیان کرد که ممکن است آنها دقیقأ با هم انطباق داشته باشند. به نظر می رسد مکسول درست گفته باشد و برای اولین بار توانستیم سرعت نور را بر اساس ثابت های دیگر در جهان اندازه گیری کنیم.

در عین حال، کار مکسول به شدت نشان می داد که نور به خودی خود یک موج الکترومغناطیسی است و پس از تأیید این ایده، آلبرت اینشتین در سال ۱۹۰۵ به عنوان بخشی از نظریۀ نسبیت خاص خود به آن پرداخت. امروزه، سرعت نور یا c به عنوان سنگ بنای نسبیت خاص در نظر گرفته می شود – برخلاف فضا و زمان، سرعت نور ثابت است و مستقل از مشاهده کننده عمل می کند. بعلاوه، این ثابت زیربنای درک ما از جهان است. این ثابت با سرعت امواج گرانشی انطباق دارد و بله، این همان c در معادلۀ معروف E=mc2 می باشد.

فقط دانش مکسول و اینشتین را درباره ی سرعت نور در اختیار نداریم. دانشمندان نور را با برگرداندنِ لیزرها از اشیا و مشاهدۀ عملکرد گرانش در سیاره ها اندازه گیری کرده اند و تمام این آزمایشات به یک رقم یکسان دست یافته اند. هرچند، به لطف نظریۀ کوانتوم (شاخه ای از فیزیک که بیان می کند جهان به آن اندازه که تصور می کنیم ثابت نیست)، داستان به اینجا ختم نمی شود.

نظریۀ میدان کوانتوم می گوید که خلأ هرگز واقعأ خالی نیست: خلأ با ذرات ابتدایی که به سرعت ایجاد شده و از بین می روند پر شده است. این ذرات موج های الکترومغناطیسی را ایجاد می کنند و می توانند تغییراتی را در سرعت نور ایجاد کنند. مطالعات بر روی این ایده ها همچنان ادامه دارند و یک روش قطعی را برای آن پیدا نکرده ایم. در حال حاضر، سرعت نور به همان اندازه ای که قرن ها بوده باقی می ماند و ثابت است…