Můj dalekohlednastavit na Astrofotografie V mém světle zbarveném na zahradě San Diego byl namířen na galaxii nepochopitelně daleko od Země. Moje žena Cristina vyšla stejně jako první vesmírná fotografie do mého tabletu. To jiskřilo na obrazovce před námi.
„To je Pinwheel Galaxy„Řekl jsem. Jméno je odvozeno z jeho tvaru – i když tento větrník obsahuje asi biliony hvězd.
Světlo z větru cestovalo po dobu 25 milionů let napříč vesmírem – asi 150 kvinlionionu -, aby se dostal k mému dalekohledu.
Moje žena přemýšlela: „Během tak dlouhé cesty není světlo unaveno?“
Její zvědavost spustila konverzaci o světle. Proč se nakonec lehké opotřebování a neztrácí energii v průběhu času?
Pojďme mluvit o světle
Jsem astrofyzikA jednou z prvních věcí, které jsem se ve svých studiích naučil, je to, jak se světlo často chová způsobem, který vzdoruje našim intuicím.
Světlo je elektromagnetické záření: V zásadě se elektrická vlna a magnetická vlna spojila a procházely časoprostor. To nemá žádnou hmotu. Tento bod je kritický, protože hmotnost předmětu, ať už skvrny prachu nebo kosmické lodi, omezuje nejvyšší rychlost, kterou může projít vesmírem.
Ale protože světlo je bezmasné, je schopen dosáhnout maximálního rychlostního limitu ve vakuu – asi 186 000 mil (300 000 kilometrů) za sekundu, nebo Téměř 6 bilionů mil za rok (9,6 bilionů kilometrů). Nic, kdo cestuje vesmírem, není rychlejší. Chcete -li to uvést do perspektivy: V době, kdy vás trvá, než mrknutí očí, cestuje částice světla po obvodu Země více než dvakrát.
Jak je to neuvěřitelně rychlé, prostor je neuvěřitelně rozprostřený. Světlo ze slunce, které je 93 milionů mil (asi 150 milionů kilometrů) od Země, přebírá těsně ukončené Osm minut nás osloví. Jinými slovy, sluneční světlo, které vidíte, je osm minut staré.
Alpha CentauriNejbližší hvězda k nám po slunci je 26 bilionů mil daleko (asi 41 bilionů kilometrů). Takže v době, kdy to uvidíte na noční obloze, je jeho světlo něco starší než čtyři roky. Nebo, jak říkají astronomové, je to čtyři světelné roky odtud.
Související: Tvar světla: Vědci odhalují obraz jednotlivého fotonu poprvé
S ohledem na tyto obrovské vzdálenosti zvažte otázku Cristiny: Jak může světlo cestovat přes vesmír a ne pomalu ztratit energii?
Ve skutečnosti některé světlo ztrácí energii. To se stane, když Něco to odrazíjako je mezihvězdný prach a je rozptýlen.
Ale většina světla prostě jde a jde, aniž by se s něčím srazilo. To je téměř vždy, protože Prostor je většinou prázdný – Nicnesty. Takže v cestě není nic.
Když světlo cestuje neomezené, neztrácí žádnou energii. Může to udržovat, že rychlost 186 000 mil za sekundu navždy.
Je čas
Tady je další koncept: Představte si sami sebe jako astronaut na palubě Mezinárodní vesmírná stanice. Obíháte na 17 000 mil (asi 27 000 kilometrů) za hodinu. Ve srovnání s někým na Zemi bude vaše náramkové hodinky zaškrtnout o 0,01 sekundy pomalejší po dobu jednoho roku.
To je příklad dilatace času – Čas se pohybuje v různé rychlosti za různých podmínek. Pokud se pohybujete opravdu rychle, nebo blízko velkého gravitačního pole, vaše hodiny budou zaškrtnout pomaleji než někdo, kdo se pohybuje pomaleji než vy nebo kdo je dále z velkého gravitačního pole. Řeknout to stručně, čas je relativní.
Nyní zvažte, že světlo je neoddělitelně spojeno s časem. Obrázek sedí na a fotonzákladní částice světla; Zde byste zažili maximální dilataci času. Každý na Zemi by vás hodil rychlostí světla, ale z vašeho referenčního rámce by se čas úplně zastavil.
Je to proto, že „hodiny“ měření jsou na dvou různých místech, která se pohybují výrazně odlišnými rychlostmi: foton pohybující se rychlostí světla a poměrně pomalý rychlost Země probíhající kolem slunce.
A co víc, když cestujete na rychlosti světla nebo blízko, vzdálenost mezi tím, kam jste a kam jdete, se zkrátí. To znamená, že samotný prostor se stává kompaktnějším směrem k pohybu – takže čím rychleji můžete jít, čím musí být vaše cesta kratší. Jinými slovy, pro foton, Prostor se vrhne.
Což nás přivádí zpět k mému obrázku galaxie vešpříčené. Z pohledu fotonu ji vyzařovala hvězda v galaxii a poté ji ve stejnou dobu absorboval jediný pixel v mém dvorku. Vzhledem k tomu, že je prostor kvílen, byla cesta k fotonu nekonečně rychlá a nekonečně krátká, nepatrný zlomek sekundy.
Ale z našeho pohledu na Zemi opustil foton Galaxy před 25 miliony let a cestoval 25 milionů světelných let napříč vesmírem, dokud přistál na mém tabletu na mém dvorku.
A tam, za chladnou jarní noc, jeho ohromující obraz inspiroval nádherný rozhovor mezi hloupý vědec a jeho zvědavou manželkou.
Tento upravený článek je znovu publikován Konverzace Podle licence Creative Commons. Přečtěte si Původní článek.
