Ta en snabb hastighet på ljuset över solsystemet med början vid solen
Vi har hört det om och om igen. Inget materiellt objekt kan teoretiskt resa snabbare. För alla praktiska ändamål är det bara tillräckligt med ljus för att köra med ljusets hastighet.
När vi rör sig i en sådan hastighet kan en ljusstråle blixtlig runt jorden 8 gånger på bara en sekund. En resa till månen tar bara 1,3 sekunder. Snabb för säker men tyvärr inte snabb nog. Hit spela på videon så vet du snart vad jag menar. Utsikten börjar vid solen och reser utåt i solsystemet med ljusets hastighet.
Planet Distans i AU Resetid ............................................ ........................ Kvicksilver 0,387 193,0 sekunder eller 3,2 minuterVenus 0,723 360,0 sekunder eller 6,0 minuter Jorden 1.000 499,0 sekunder eller 8,3 minuterMars 1.523 759,9 sekunder eller 12,6 minuterJupiter 5.203 2595,0 sekunder eller 43,2 minuterLäge 9,538 4759,0 sekunder eller 79,3 minuterUranus 19,819 9575,0 sekunder eller 159,6 minuterNeptun 30.058 14998,0 sekunder eller 4,1 timmarPluto 39,44 19680,0 sekunder eller 5,5 timmar ..................... ..............................................
Avstånd och ljustider till planeterna och Pluto (från Alphonse Swinehart)
Du kanske först tänker att flytta så snabbt kommer att få oss över banorna i de åtta planeterna i en hast. Jag borde inte ha blivit förvånad, men jag fann att jag redan blev otålig när Mercury flög förbi ... efter 3,2 minuter. Jorden var fortfarande 5 minuter bort och Jupiter ytterligare 40! Det är därför videon stängs av på Jupiter - ingen skulle hålla sig kvar för Plutos utseende 5 1/2 timme senare.
Som videon tråkigt men effektivt visar vi lever i ett solsystem där några planeter är separerade av stora utrymmen. Inte ens ljus är snabbt nog för att tillgodose det mänskliga behovet av hastighet. Men bara för att sätta saker i perspektiv, är NASA: s snabbaste aktuella mänskliga föremål Voyager I rymdskepp, som nyligen nådde interstellarutrymme med en rörelse på 38 000 km / h (17 km / sek) eller nästan 18 000 gånger långsammare än ljushastigheten.
Låt oss utforska vidare. Varje materiellt objekt, till exempel en Skittle som rör sig så snabbt, skulle bli oändligt massiv. Varför? Du behöver en oändlig mängd energi för att påskynda Skittle till den exakta ljusets hastighet. Eftersom materia och energi är två ansikten på samma mynt, skapar all den energin ett oändligt massivt Skittle. Söt hämnd om det någonsin fanns.
Du kan dock påskynda den pillerliknande godisen till 99.9999% ljushastighet med en begränsad om otroligt stor mängd energi. Einstein är cool med det. Här är det konstiga. Om du reser med ljusets hastighet så skulle det se ut som en helt normal godisbit, men om du skulle titta på den från omvärlden skulle sockerbehandlingen vara hela universum. Båda synpunkter är lika giltiga, och det är kärnan i relativt.
Ljusvåg-partikeldualitet
För att bättre föreställa oss en dag i en fotons liv, låt oss gå med på åkturen. Fotoner är partikelformen av ljus, som under en lång tid bara förstås som vågor av elektromagnetisk energi. I kvantvärldens konstighet är ljus både en partikel och en våg. Ur vårt perspektiv rippar en foton med 186 000 miles per sekund, men till fotonen själv står världen stilla och tiden stannar. Fotoner finns överallt på en gång. Allestädes närvarande. Ingen tid går för dem.
I relativitetsteorin definieras vad som helst rörelse helt från en observatörs synvinkel. Från fotons perspektiv är det i vila. Från vårt rör det sig över tid och rum. Vi har alla vår egen "koordinatram", så att vi var i vila var vi än är. Det är relativitet för dig - alla ramar är lika giltiga.
Låt säga att du är i ett plan. Den ledsna påsen med kringlor som du bara fick, är i vila för den ligger i din koordinatram. Personen bredvid dig är också i vila (och förhoppningsvis inte snarkning). Till och med planet är i vila. Enligt Einstein är det lika giltigt att föreställa sig världen utanför flygfönstret som rör sig medan planet själv förblir i vila. Nästa gång du flyger, stäng ögonen när planet når höjden och konstant hastighet. Du kommer att höra ljudet från motorer, men det finns inget sätt att veta att du faktiskt rör dig.
Relativitet förutspår också det föremål kontrakterar i riktning mot deras rörelse. Konstigt som det låter har detta verifierats av många experiment. Ju snabbare saker reser, desto mer drar de sig ihop.
Effekten märks inte förrän ett objekt närmar sig ljushastighet, men Apollo 10-service- och besättningsmoduler nådde en hastighet på 0,0037% ljusets hastighet. Ur perspektivet från någon på marken krymptade den 11,03 meter långa modulen med ungefär 7,5 nanometer, en mycket liten men mätbar mängd. (Ett pappersark är 100 000 nanometer tjockt). På samma sätt avstånd sträcker sig och faller ner vid noll vid ljushastighet.
Längdens sammandragning inträffar eftersom en stationär observatör ser en snabb rymdskepps tid kryssa långsammare. Eftersom ljus mäts i tidsenheter - ljussekunder, ljusår - för att de två ska komma överens om ljusets hastighet (en konstant över hela universumet) måste resenärens ”linjal” vara kortare. Och det är verkligen ur ditt stationära perspektiv om du på något sätt kunde kika in i fartyget. Reser med 10% lätt hastighet, en 200-fots rymdskepp krymper till 199 fot. Vid 86,5% är det 100 fot eller halva storleken och på 99,99% bara 3 fot!
Vi har rest långt idag - sitter tyst i våra referensramar.
