اگر سرعت نور کمتر بود چه اتفاقی می افتاد؟

نور سریع‌ترین و پرسرعت‌ترین چیز در جهان است. اما اگر سرعت نور کندتر بود چه اتفاقی می افتاد؟

سرعت نور در خلاء حدود 186000 مایل در ثانیه (300000 کیلومتر در ثانیه) است. اگر این سرعت کمی کندتر بود، اثرات آن سریعا انسان‌ها را درگیر خود می‌کرد.

تجربه این موقعیت را هر گیمری می‌تواند در یک بازی کامپیوتری که گِرد کورتمایر، مدیر توسعه آموزشی و فناوری در ETH زوریخ، دانشگاه علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات در سوئیس، و همکارانش ساختند، انجام دهد. در این بازی می‌توانید اثرات عجیب تغییر رنگ‌ها، روشنایی و حتی تغییرات در طول اجسام را مشاهده کنید که ناشی از سرعت بسیار پایین‌تر نور خواهد بود.

سرعت کم انسان

حتی در سریع ترین سرعت نیز، انسان در مقایسه با نور سرعت کمی دارد.

فیلیپ تان، دانشمند تحقیقاتی در آزمایشگاه بازی MIT می‌گوید: «سریع‌ترین سرعتی که هر انسانی سفر کرده است حدود 0.0037 درصد سرعت نور بوده و برای رسیدن به این سرعت‌ها هم باید در نوعی وسیله فضایی بود.

کورتمایر که همچنین دانشیار فیزیک در دانشگاه ایالتی میشیگان است، می‌گوید: با انجام آزمایش‌های فکری، فیزیکدانان تشخیص داده‌اند که اگر انسان‌ها بتوانند با سرعت نزدیک به نور حرکت کنند، اتفاقات عجیبی رخ خواهد داد.

با توجه به نظریه نسبیت خاص آلبرت انیشتین که تاثیر سرعت بر جرم، زمان و مکان را توضیح می‌دهد، زمان کندتر می شود. همانطور که از کنار اجسام عبور می‌کنیم، آن‌ها را کوتاه‌تر می بینیم و اثر داپلر نیز برای نور مشاهده خواهد شد.

اگر به جای افزایش سرعت انسان، سرعت نور کاهش یابد، همین تغییرات رخ می دهد. در هر دو فرضیه، ما با سرعت نزدیک به نور حرکت می کنیم.

سرعت نور کمتر

زمانی که کورتمایر به عنوان استاد در MIT کار می کرد، به همراه فیلیپ تان و همکارانش در آزمایشگاه بازی MIT، یک بازی کامپیوتری ساختند تا نشان دهند که اگر سرعت نور به اندازه کافی پایین بوده و نسبیت خاص در زندگی روزمره قابل توجه باشد، جهان چگونه خواهد بود. در این بازی که در سال 2012 منتشر شد و «A Slower Speed of Light» نام داشت، بازیکن باید گوی‌هایی مانند توپ ساحلی را جمع‌آوری کند. هر بار که بازیکن 100 گوی را جمع آوری کند، سرعت نور کاهش می یابد.

اما در واقعیت، سرعت نور مثل بازی کند نمی‌شود. سرعت نور در خلاء هرگز تغییر نخواهد کرد و برای هر کسی ثابت است. کورتمایر می‌گوید: با این حال، سرعت نور نسبت به متریالی که از آن‌ها می گذرد تغییر خواهد کرد، اما این تأثیرات، نسبیت خاص یا نحوه درک ما از نور را تغییر نمی دهد. با این حال، اگر می‌توانستیم شاهد این فرضیه نسبی باشیم، متوجه تغییر رنگ‌ها، زمان، مسافت و روشنایی می‌شدیم و این گروه تمام این تاثیرات را در بازی گنجانده است.

رنگ‌ها تغییر می کنند

هنگامی که سرعت حرکت انسان به سرعت نور نزدیک شود، چیزی به نام اثر داپلر نسبی تولید خواهد شد. برای درک این موضوع، به یاد داشته باشید که نور، هم به عنوان یک ذره و هم به عنوان موج عمل می کند. به عنوان موج، با طول موج خود، رنگ و فرکانس خود را تعیین می‌کند.

کورتمایر می‌گوید: مانند روشی که بر اساس اثر داپلر، نزدیک شدن به یک منبع صوتی باعث می‌شود که فرکانس یا زیر و بمی آن افزایش یابد؛ حرکت به سمت یک منبع نور نیز باعث می‌شود طول موج آن کوتاه‌تر به نظر برسد و رنگ نور به سمت آبی و بنفش تغییر کند. از طرف دیگر، دور شدن از یک جسم، رنگ ظاهری آن را به سمت قرمز تغییر می‌دهد. کورتمایر می‌گوید: در مجموع، چیزی که به سمت شما می آید آبی تر و چیزی که از شما دور شود، قرمزتر به نظر خواهد رسید.

تغییر در زمان و مسافت

شاید یکی از معروف ترین اثرات نسبیت خاص برای انسانی که نزدیک به سرعت نور حرکت می کند، کند شدن زمان باشد. در این سناریو، فردی که با سرعت نزدیک به نور حرکت می کند، دیرتر پیر خواهد شد. به این اثر اتساع زمان می گویند.

فلیپ تان می‌گوید: «در این بازی، شما از لحاظ فنی در حال تجربه اتساع زمان هستید؛ اما بدون داشتن چیزی برای مقایسه با این تجربه، این بازی واقعا هیچ معنایی ندارد. اتساع زمان ممکن است در طول بازی قابل توجه نباشد، اما در پایان، بازیکنان صفحه‌ای را مشاهده می‌کنند که به آن‌ها اطلاع می‌دهد که زمان کمتری نسبت به یک ساعت، گذشته است. اتساع زمان، مانند دیگر اثرات نسبیت خاص، در طول بازی اتفاق می افتد چون شخصیت بازی نزدیک به سرعت نور حرکت می کند.»

یکی دیگر از تأثیرات نسبیت خاص این است که طول اجسامی که نزدیک به سرعت نور حرکت می کنند یا اجسام ساکنی که با سرعت نزدیک به نور از کنار آنها عبور می کنید، کوتاه می شود که به آن انقباض طول می گویند. اما کورتمایر می‌گوید که این یک تاثیر بسیار پیچیده است.

کورتمایر توضیح می‌دهد: اجسام با نزدیک شدن به سرعت نور، ممکن است طبق اندازه‌گیری‌های یک ناظر ثابت، انقباض طولی را تجربه کنند و ممکن است کوتاه‌تر شوند، اما در واقع به دلیل اثر دیگری از نسبیت خاص به نام اثر زمان اجرا (runtime)، جسم در چشم شخص ساکن، بزرگتر به نظر می‌رسد. برای مثال فرض کنید دوچرخه ای به سمت شما می آید. نور جلوی دوچرخه نسبت به نور پشت دوچرخه مسافت کمتری برای رسیدن به چشمان شما دارد. در نتیجه، جلوی دوچرخه را نزدیکتر و پشت دوچرخه را دورتر می بینید.

کورتمایر می‌گوید: «این به طور کلی باعث می شود دوچرخه بلندتر به نظر برسد.” گاهی اوقات، همین جلوه می‌تواند باعث شود که اشیا منحرف و تاب دار به نظر برسند. به عبارت دیگر، اگر سرعت نور آهسته‌تر بود، اجسامی که نزدیک به آن سرعت حرکت می‌کنند ممکن است برای ناظران ساکن، بلندتر و تاب دار شوند.»

تغییرات در روشنایی

وقتی زیر باران راه می روید، ممکن است متوجه شوید که جلوی شما نسبت به پشت شما بیشتر خیس می شود. همانطور که در زیر باران قدم می‌زنید، با قطرات باران بیشتری نسبت به حالت ساکن مواجه می‌شوید، اما قسمت جلوی شما از پشت شما در برابر این قطرات اضافی محافظت می‌کند.

اگر شما با سرعتی نزدیک به نور حرکت می‌کردید، چنین اتفاقی رخ می‌داد. به این دلیل که نور گاهی مانند مجموعه ای از ذرات به نام فوتون ها رفتار می کند که مانند قطرات کوچک نور هستند. وقتی به سمت یک شی در بازی کامپیوتری حرکت می کنید، اجسام روشن تر از زمانی که در حالت ایستاده هستید، به نظر می رسند، چون در حال قدم زدن در فوتون های آن هستید و به این اتفاق نورافکن می گویند.

آقای تامپکینز در سرزمین عجایب

کورتمایر و تان اولین کسانی نبودند که دنیایی با سرعت نور کمتر را تصور کردند. در سال 1939، جرج گامو، فیزیکدان، کتابی با عنوان «آقای تامپکینز در سرزمین عجایب» را منتشر کرد که در آن یک شخصیت با سرعت کم در یک شهر دوچرخه سواری کرده و اثرات نسبیت را تجربه می کند. کورتمایر می‌گوید انیشتین واقعا این کتاب را دوست داشت.

کورتمایر می‌گوید: «این فیزیکدان بزرگ در مورد “سرعت آهسته نور” چه فکری می‌کرد؟ مسلما کنجکاوی او در وهله اول برانگیخته شده بود، چون در سن 16 سالگی از خود پرسید که اگر سوار بر پرتو نور بودم چه می‌دیدم. اما من فکر می‌کنم که اگر او زنده بود و تا زمانی که دچار بیماری نشده بود، این بازی ویدیویی را انجام می‌داد.»