Lär dig mer om den verkliga ljushastigheten och hur den används

Ljus rör sig genom universumet med den snabbaste hastigheten astronomer kan mäta. I själva verket är ljusets hastighet en kosmisk hastighetsgräns, och ingenting är känt för att röra sig snabbare. Hur snabbt rör sig ljuset? Denna gräns kan mätas och den hjälper också till att definiera vår förståelse av universums storlek och ålder.

Vad är ljus: våg eller partikel?

Ljus går snabbt med en hastighet av 299, 792, 458 meter per sekund. Hur kan den göra detta? För att förstå det är det bra att veta vad ljus faktiskt är och det är till stor del en upptäckt från 1900-talet.

Ljusens natur var ett stort mysterium i århundraden. Forskare hade problem med att fatta begreppet dess våg- och partikelkaraktär. Om det var en våg, vad spridde den igenom? Varför såg det ut att resa med samma hastighet i alla riktningar? Och vad kan ljusets hastighet berätta om kosmos? Det var inte förrän Albert Einstein beskrev denna teori om speciell relativitet 1905, allt kom i fokus. Einstein hävdade att utrymme och tid var relativa och att ljusets hastighet var den konstant som anslöt de två.

Vad är ljusets hastighet?

Det sägs ofta att ljusets hastighet är konstant och att ingenting kan röra sig snabbare än ljusets hastighet. Det är det inte helt exakt. Värdet 299,792,458 meter per sekund (186,282 miles per sekund) är ljusets hastighet i ett vakuum. Emellertid bromsar ljuset faktiskt när det passerar genom olika media. Till exempel, när det rör sig genom glas, bromsar det ner till cirka två tredjedelar av sin hastighet i ett vakuum. Även i luften, vilket är nästan ett vakuum, ljuset bromsar något. När det rör sig genom rymden möter det moln av gas och damm, såväl som gravitationsfält, och de kan ändra hastigheten lite. Molnen med gas och damm absorberar också lite av ljuset när det passerar igenom.

Detta fenomen har att göra med ljusets natur, som är en elektromagnetisk våg. När det sprider sig genom ett material "stör" de elektriska och magnetiska fälten de laddade partiklarna som de kommer i kontakt med. Dessa störningar gör att partiklarna strålar ut ljus med samma frekvens, men med en fasförskjutning. Summan av alla dessa vågor som produceras av "störningarna" kommer att leda till en elektromagnetisk våg med samma frekvens som det ursprungliga ljuset, men med en kortare våglängd och därmed en långsammare hastighet.

Intressant, så snabbt som ljuset rör sig, kan dess bana böjas när det passerar genom regioner i rymden med intensiva gravitationsfält. Detta syns ganska lätt i galaxkluster, som innehåller mycket materia (inklusive mörk materia), som snedstrider ljusets väg från mer avlägsna föremål, som kvasarer.

Gravitationslinsning och hur det fungerar. Ljus från ett avlägset objekt går förbi ett närmare objekt med en stark tyngdkraft. Ljuset är böjd och förvrängd och det skapar "bilder" av det mer avlägsna objektet. NASA

Ljushastighet och gravitationsvågor

Nuvarande fysiska teorier förutspår att gravitationsvågor också rör sig med ljusets hastighet, men detta bekräftas fortfarande när forskare studerar fenomenet gravitationsvågor från kolliderande svarta hål och neutronstjärnor. Annars finns det inga andra objekt som reser så snabbt. Teoretiskt sett kan de få nära ljusets hastighet, men inte snabbare.

Ett undantag från detta kan vara rymdtiden i sig. Det verkar som om avlägsna galax flyttar sig bort från oss snabbare än ljusets hastighet. Detta är ett "problem" som forskare fortfarande försöker förstå. En intressant konsekvens av detta är emellertid att ett resesystem baserat på idén om en varpstation. I en sådan teknik är ett rymdskepp vilande i förhållande till rymden och det är faktiskt Plats som rör sig, som en surfare som rider en våg på havet. Teoretiskt kan detta möjliggöra superluminala resor. Naturligtvis finns det andra praktiska och tekniska begränsningar som står i vägen, men det är en intressant science-fiction-idé som får ett vetenskapligt intresse. 

Resetider för ljus

En av frågorna som astronomer får från allmänheten är: "hur lång tid skulle det ta ljus att gå från objekt X till objekt Y?" Ljus ger dem ett mycket exakt sätt att mäta universums storlek genom att definiera avstånd. Här är några av de vanliga avståndsmätningarna:

• Jorden till månen: 1.255 sekunder
• Solen till jorden: 8,3 minuter
• Vår sol till nästa närmaste stjärna: 4,24 år
• Över vår Vintergalax: 100 000 år
• Till den närmaste spiralgalaxen (Andromeda): 2,5 miljoner år
• Begränsning av det observerbara universum till jorden: 13,8 miljarder år

Intressant nog finns det objekt som ligger utanför vår förmåga att se helt enkelt för att universum IS expanderar, och vissa är "över horisonten" bortom vilka vi inte kan se. De kommer aldrig att komma till vår åsikt, oavsett hur snabbt deras ljus reser. Detta är en av de fascinerande effekterna av att leva i ett expanderande universum. 

Redigerad av Carolyn Collins Petersen