Postoji li nešto brže od svjetlosti? Vjerujemo da ste sebi to pitanje postavili mnogo puta. Ali, ovo nije samo pitanje iz obične radoznalosti; to je istraživanje granica našeg znanja i potrage za dubljim razumijevanjem prirode stvarnosti.
Naša potraga za razumijevanjem brzine svjetlosti nije samo teoretska avantura; to je putovanje koje nas vodi kroz najuzbudljivije trenutke savremene nauke.
Postoje mnogi teorijski pogledi koji raspravljaju o tome da li je brzina svjetlosti krajnja granica što se tiče brzine u Univerzumu, ali to je već tema za neku knjigu.
U ovom članku ćemo se fokusirati na dva, možda najpopularnija i najzanimljiva pristupa kada se radi o ovoj tematici; tahione – hipotetske čestice za koje neki tvrde da su brže od svjetlosti i kvantnu isprepletenost – fenomen u kojem kvanti komuniciraju u trenutnom vremenu, bez obzira na njihovu udaljenost.
Kratka istorija mjerenja brzine svjetlosti
Danas znamo da brzina svjetlosti u vakuumu iznosi oko 300.000 kilometara u sekundi. Ali, sve do početka 17-tog vijeka, mnogi naučnici su vjerovali da ne postoji takva stvar kao što je “brzina svjetlosti”; mislili su da svjetlost može preći bilo koju udaljenost u trenutnom vremenu.
Galileo Galilej se nije slagao sa tim i sa ciljem promjene tog mišljenja, odlučio je da napravi mali eksperiment.
Poslao je svog pomoćnika sa upaljenim fenjerom sa kapcima na brdo koje je bilo udaljeno oko jednu milju (1,61 km), dok je i on sam imao takav isti fenjer.
Zadatak pomoćnika je bio, da kada vidi svjetlost sa Galilejevog fenjera, otkrije i svoj fenjer, dok bi Galileo izmjerio vrijeme koje je bilo potrebno da svjetlost pređe tu udaljenost i na taj način odredio njenu brzinu.
Naravno, Galilejov eksperiment nije uspio iz razloga, jer je svjetlost jednostavno bila prebrza za tako kratku udaljenost da bi se njena brzina mogla izmjeriti na taj način.
Zapravo, svjetlosti bi trebalo oko 0,000005 sekundi da pređe tu razdaljinu i njenu brzinu nije bilo moguće izmjeriti primitivnim alatima koje je imao Galilej.
Poslije ovog Galilejevog neuspjeha, naučnici su shvatili da se brzina svjetlosti može izmjeriti samo na mnogo većim udaljenostima i sa vrlo preciznim satovima.
1670-tih godina, danski astronom Ole Rømer je bio prvi naučnik koji je (barem približno) izračunao brzinu svjetlosti.
Rømerova mjerenja su se zasnivala na astronomskim promatranjima. Promatrajući Jupiterove satelite, zaključio je da su vremenski razmaci u periodima kada se Zemlja udaljava od Jupitera, različiti od onih kada mu se približava.
Na osnovu toga je shvatio da svjetlost ipak ima konačnu brzinu koja utiče na to kako vidimo kretanje Jupiterovih satelita.
Rømer je iz svojih opažanja izračunao da svjetlost ima brzinu od oko 220.000 kilometara u sekundi, što je za to vrijeme bio prilično dobar rezultat.
Naravno, kroz istoriju su postojali mnogi pokušaji da se tačno izmjeri brzina svjetlosti i 1907. godine to je konačno učinjeno.
Nakon što je Maxwell objavio svoju teoriju elektromagnetizma, postalo je moguće indirektno izračunati brzinu svjetlosti mjerenjem magnetske permeabilnosti i električne permitivnosti slobodnog prostora.
Rosa i Dorsey su na ovaj način izmjerili da brzina svjetlosti iznosi 299.788 km/s. To je bila najtačnija vrijednost u to vrijeme.
Od 1983. godine, dužina metra je definisana međunarodnim sporazumom kao razdaljina koju pređe svjetlost u vakuumu u vremenskom intervalu od 1/299,792,458 sekunde.
Uz pomoć najmodernijih alata, danas znamo da brzina svjetlosti iznosi tačno 299.793.458 metara u sekundi, što je u nauci opšteprihvaćeno.
Moderna nauka: Brzina svjetlosti je konstantna
Nauka danas vjeruje da ništa ne može putovati brže od svjetlosti.
Po Einstenovoj specijalnoj teoriji relativnosti, jedino čestice bez mase (poput fotona) mogu putovati brzinom svjetlosti, dok sve ostale čestice putuju sporije.
U teoretskom okviru, većina fizičara vjeruje da čestice koje putuju brže od brzine svjetlosti jednostavno ne mogu postojati, jer krše sve poznate zakone fizike.
Ako bi takve čestice postojale i mogle prenositi informacije brže od svjetlosti, onda bi prema Einstenovoj teoriji relativnosti prekinule uzročnost.
To bi dovelo do logičkih dilema poput paradoksa djeda.
Paradoks djeda je prvi predstavio pisac naučne fantastike René Barjavel. Prema tom paradoksu, ako bi neko uspio otputovati kroz vrijeme u prošlost i ubiti svog djeda, zapravo ne bi ni bio začet, niti bi samim tim mogao putovati kroz vrijeme.
Ali, postoje i oni koji misle da ipak postoje hipotetske čestice koje mogu putovati brže od svjetlosti.
Tahioni: Hipotetičke čestice sa imaginarnom masom
Termin “tahion”, prvi put se pojavio u naučnoj literaturi 1967. godine, u radu pod naslovom “Possibility of faster-than-light particles” (Mogućnost čestica bržih od svjetlosti), koji je napisao Gerald Feinberg sa Univerziteta Kolumbija.
Feinberg je pretpostavio da tahionske čestice nastaju iz kvantnog polja sa “imaginarnom masom.”
Ali, prisustvo tahiona izuzetno bi proturiječilo Einstenovoj uspješnoj teoriji, a tvrdnja o detekciji te čestice zahtijevala bi izvanredne dokaze.
Einstein je sugerisao da kako se objekat približava brzini svjetlosti, njegova masa postaje skoro beskonačna, kao i energija potrebna za njegovo ubrzanje.
To bi trebalo značiti da ništa ne može putovati brže od svjetlosti, osim čestica bez mase poput fotona i gluona.
Ali, šta ako je tahion nastao prije početka vremena, preciznije za vrijeme Velikog praska, i već imao brzinu veću od brzine svjetlosti?
Onda takva čestica ne bi mogla usporiti na brzinu svjetlosti, zbog njenog čudnog svojstva da joj treba manje energije kako joj se povečava brzina.
Pojednostavljeno, da bi se nešto (osim čestica bez mase poput fotona) kretalo brže od svjetlosti to bi zahtijevalo beskonačnu energiju, pa čestica poput tahiona nikada ne bi mogla preći tu barijeru, jer već putuje brže od svjetlosti.
Za sada ne postoje uvjerljivi dokazi za postojanje tahiona, ali različiti teoretičari sugerišu da bi neutrino mogao imati tahionsku prirodu, dok drugi osporavaju tu mogućnost.
Možda uvjerljiviji argument od hipotetičkih tahiona da brzina svjetlosti nije konstantna je fenomen koji fizičari iz oblasti kvantne fizike nazivaju “kvantna isprepletenost.”
Kvantna isprepletenost: Trenutna komunikacija između čestica
Kvantna isprepletenost je složen fenomen, ali je možda najjednostavnije objašnjenje, da se kvantna isprepletenost događa “kada su dvije čestice neraskidivo povezane bez obzira na njihovu udaljenost.”
Iako ove isprepletene čestice nisu fizički povezane, one su i dalje u stanju da trenutno dijele informacije jedna s drugom – naizgled kršeći jedno od najtvrđih i najbržih pravila fizike: da se “nijedna informacija ne može prenijeti brže od brzine svjetlosti.”
Ovo je osnova za pretpostavku da kvantna isprepletenost može omogućiti komunikaciju bržu od brzine svjetlosti. Nažalost, to nije tako jednostavno.
Konačno, ne možete prisiliti upletenu česticu u određeno stanje i ne možete prisiliti mjerenje da proizvede određeni rezultat, jer su rezultati kvantnog mjerenja nasumični. Čak i sa mjerenjima koja su savršeno u korelaciji, informacije između njih ne prolaze.
Pošiljalac i primatelj mogu vidjeti korelaciju tek kada se ponovo spoje i uporede mjerenja, što moraju učiniti pri brzini svjetlosti ili ispod nje. Nijedna stvarna informacija se ne prenosi kada upletene čestice utiču jedna na drugu.
Možda je to najednostavnije objasnio Chad Orzel, profesor fizike, bloger i autor nekoliko popularnih naučnih knjiga:
“Cijeli taj posao [kvantne zapetljanosti] je suptilan i komplikovan. Međutim, krajnji rezultat je uvijek isti: iako je to jedan od najčudnijih i najzgodnijih fenomena u fizici, ne postoji način da se koristi kvantna zapetljanost za slanje informacija koje bi bile brže od brzine svjetlosti.”
Ipak, istraživanja na ovu temu se nastavljaju i neki fizičari vjeruju da bi komunikacija brža od svjetlosti mogla biti moguća uz neku zamršenu manipulaciju zapletenim česticama.
U suštini, putovanje brže od svjetlosti ostaje izazovno pitanje u fizici. Unatoč različitim pristupima i teorijskim razmatranjima, zaključak ostaje dosljedan: nema konkretnih dokaza koji bi podržali mogućnost da nešto može putovati brže od svjetlosti.
Različite teorije i koncepti, bilo da se radi o hipotetskim česticama ili kvantnim fenomenima, i dalje ostaju bez čvrstih dokaza u praksi.
Savremena nauka i dalje priznaje ograničenje da ništa što ima masu ne može biti brže od svjetlosti, a pokušaji da se ta ograničenja izazovu ili premaše još uvijek nisu rezultirali uvjerljivim rezultatima.
Ali, sa druge strane, mnogo smo puta u prošlosti bili u krivu…
Foto naslovnice: Kjpargeter sa Freepik
