یک رویای دور از دسترس: چرا نمی‌توانیم به سرعت نور برسیم؟

تصور کنید سوار ماشینی هستید، پای خود را روی پدال گاز فشار می‌دهید و در بزرگراه مسابقه می‌دهید، اما مهم نیست که چقدر پدال را فشار می‌دهید، نمی‌توانید از سرعت ماشین کنارتان که بدون زحمت با همان سرعت در حال حرکت است، پیشی بگیرید. حال اگر ماشین را با نور جایگزین کنید، یک معمای کیهانی واقعی دارید که باید حل کنید: چرا هیچ چیزی نمی‌تواند سریع‌تر از نور پیش برود؟

 در سال ۱۹۰۵، آلبرت اینشتین با نظریه نسبیت خود دنیای فیزیک را زیر و رو کرد. این فقط در مورد فرمول E=mc² یا خمیدگی فضا-زمان نبود، بلکه در مورد چیزی بود که تمام کار‌های ما را تحت تأثیر قرار می‌دهد: سرعت نور که تقریباً ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه است. طبق نظریه نسبیت، مهم نیست که با چه سرعتی به سمت یک منبع نور نزدیک یا از آن دور می‌شوید، همیشه سرعت نور را با “شتاب ثابتی” اندازه‌گیری خواهید کرد.

این ما را به سمت یک درک شگفت‌انگیز هدایت می‌کند. با افزایش سرعت اجسام، جرم آن‌ها افزایش می‌یابد. در سرعت نور، جرم اجسام بی‌نهایت می‌شود. بنابراین، حرکت دادن یک جسم با سرعت نور به انرژی بی‌نهایتی نیاز دارد، که با درک فعلی ما از فیزیک، غیرممکن است.

آیا می‌توانیم سریع‌تر از نور سفر کنیم؟

نسبیت فقط بر سفر‌های پرسرعت حاکم نیست، بلکه بر نحوۀ مشاهده‌ی تمام چیز‌های در حال حرکت تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، تصور کنید که در حال تماشای یک کامیون در بزرگراه هستید و خودتان در جهت مخالف رانندگی می‌کنید. برای یک ناظر خارجی، هم شما و هم کامیون دارای سرعت‌های نسبی خاصی هستند. اگر بخواهید از بالا عکس بگیرید، بدون هیچگونه اثراتی مانند جابجایی داپلر، به نظر می‌رسد هر دو وسیله نقلیه با سرعت مربوطه‌ی خود حرکت می‌کنند، بدون اینکه منظر ناظر دستخوش تغییر شود.

این اصل برای نسبت‌های کیهانی نیز صدق می‌کند. اگر بخواهیم جسمی را به سرعت نور شتاب دهیم، جرم آن افزایش می‌یابد و برای ادامه‌ی شتاب، به یک انرژی غیرقابل دستیابی نیاز است. این فقط به این معنا نیست که ما نمی‌توانیم یک سفینه فضایی بسازیم تا از نور پیشی بگیرد، بلکه به محدودیت‌های حرکت فیزیکی در جهان اشاره دارد.

سرعت مرموز نور

سرعت نور فقط یک محدودیت سرعت جهانی نیست، بلکه سنگ بنای درک ما از کیهان است. از نظر تاریخی، این سرعت دانشمندان و فیلسوفان را متحیر کرده و به نظریه‌های مختلفی در مورد ماهیت نور و سرعت منجر شده است.

برخی معتقدند که سرعت نور یک قانون شکست‌ناپذیر است، یک محدودیت سرعت کیهانی که توسط طبیعت تعیین شده است. برخی دیگر حدس می‌زنند که ممکن است بیشتر در مورد درک فعلی ما از فیزیک باشد و ممکن است روش‌هایی برای فراتر رفتن از این سرعت وجود داشته باشد که ما هنوز آن‌ها را کشف نکرده‌ایم.

یک احتمال سوم و محتمل نیز وجود دارد: دستیابی به سرعت نور یا فراتر رفتن از آن ممکن است از نظر تئوری تحت شرایط انرژی بی‌نهایت امکان‌پذیر باشد، که به پدیده‌ها یا موجوداتی در جهان اشاره می‌کند که به طور طبیعی می‌توانند از این سرعت تجاوز کنند، اگرچه چنین سناریو‌هایی در این مرحله کاملاً نظری هستند.

نقش جرم

درک این موضوع که چرا ما نمی‌توانیم از سرعت نور تجاوز کنیم، مستلزم درک جرم است. جرم اساساً مقدار «مواد» در یک جسم است. هرچه جسم سنگین‌تر باشد، حرکت دادن آن سخت‌تر است. سرعت نهایی یک جسم به جرم آن محدود می‌شود. طبق نظریه‌ی نسبیت خاص با افزایش سرعت یک جسم متحرک، جرم آن نیز افرایش می‌یابد. افرایش جرم باعث می‌شود که انرژی مصرف شده جهت افزایش سرعت جسم، کاملا صرف افزایش سرعت آن شود. جرم وانرژی هر دو یکی هستند.

زمانی که سرعت جسم به‌صورت قابل توجهی، به سرعت نور (c) نزدیک باشد، میزان انرژی مصرفی در افزایش جرم جسم نیز، بیشتر می‌شود. در واقع، چیزی نیست که بتواند مساوی و یا نزدیک به سرعت نور حرکت کند. با وارد کردن هر چه بیشتر انرژی به جسم، فقط جرم آن افزایش خواهد یافت و نمی‌تواند سرعت جسم را افزایش دهد. در مقیاس کیهانی، تلاش برای شتاب دادن یک جسم به سرعت نور به نیروی بی‌نهایت نیاز دارد، که امکان‌پذیر نیست.

نتیجه‌گیری

بنابراین، در حالی که رویای رسیدن به سرعت نور از گذشته همچنان به شکل یک رویا باقی مانده، اما محدودیت‌های تعیین شده توسط سرعت نور برای درک ما از کیهان حیاتی هستند. این سرعت همه چیز را از ممکن تا غیرممکن شکل می‌دهد و در گسترۀ وسیعی از نظریه‌های کیهان‌شناسی و رویا‌های سفر فضایی امتداد می‌یابد. سرعت نور مرز نهایی است، مرزی که حداقل در حال حاضر به طرز وسوسه‌انگیزی دور از دسترس باقی مانده است.

منبع: سایت بگ بنگ