Mi történne, ha a fénysebességet túllépnénk a világűrben?

Az abszolút nulla fok is csak egy szám, aztán mégsem létezik negatív hőmérséklet.

A tudomány nem használ dogmákat. Néhány általános igazságon kívül semmit nem kell elhinni és bármiben szabad kételkedni.

De a kétely nem úgy néz ki, hogy "nem hiszem el, vagy nem értem - tehát akkor nem is igaz". Ezt csak a hülye mondja.

A tudós, ha kételkedik, akkor kísérletezik vagy számol.

És nem dob el egyszerre mindent, mert abból nem lehet kiindulni.

Anno vizsgálták, hogy milyen gyorsan halad a fény. Kaptak egy számot. Később rájöttek, hogy bizony a fény sebessége nem függ attól, hogy ami kibocsátja a fényt, az milyen sebességgel halad. Ugye ha kidobsz egy kocsiból egy labdát a kocsihoz képest 10 km/h sebességgel, és a kocsi 50 km/h sebességgel halad, akkor az útról nézve a labda sebességét 60 km/h-nak látod. A newtoni fizika ugye használja az inerciarendszer fogalmát, és ha egy inerciarendszerben vagy, akkor a másik inerciarendszerhez mért sebesség és magának az inerciarendszernek a sebessége összeadódik.

De mihez képest megy a fény fénysebességgel? Ekkor merült fel az ötlet, hogy biztos van valami abszolút viszonyítási rendszer, amihez képest fénysebességgel megy a fény. Teoretikusan feltették egy mindent átszövő, de semmivel kölcsönhatásba nem lépő, minden anyagon akadálytalanul átható közeg létét, amit éternek hívnak, és feltételezték, hogy biztos ehhez az éterhez képest halad a fény fénysebességgel.

Rögtön jött a kérdés, hogy a Föld, a Naprendszer milyen sebességgel halad ehhez az abszolút rendszerhez, az éterhez képest. A fény túl gyors ahhoz, hogy nagy pontossággal mérni tudjuk. Még a Föld Nap körüli sebessége is szinte elenyésző a fény sebességéhez képest. Szerencsére a fény hullám jellemzőkkel is rendelkezik, így ugye interferál, az interferenciakép viszont a lehető legapróbb eltérést is kimutatja, hiszen nem a fény sebességét méri, hanem két fénysugár ugyanannyi idő alatt megtett útjának !különbségét! érzékeli. Össze is dobtak egy kísérletet, hogy megmérjék, hogy az éterhez képest milyen irányban mozog a Föld a Nap körüli útja során. Ez volt a Michelson–Morley-kísérlet, ami a fizika egyik leghíresebb és leghasznosabb zéró eredményű kísérlete volt, ugyanis kiderült, hogy nincs különbség a fénysugarak sebessége között, ha este méred, ha reggel – ami ugye a Föld tengely körüli forgása miatt eltérő sebességet jelentene a Naphoz, vagy a galaxishoz képest –, illetve akkor sincs különbség, ha télen vagy nyáron méred – ami meg a Nap körüli pálya miatt kellene, hogy más sebességet adjon. Mindjárt el is vetették az éter fogalmát, létezését, de túl későn, addigra már az ezoterikus „irodalom” át is vette, és mind a mai napig vígan használja ezt a fogalmat, mindenféle tulajdonsággal, kiegészítéssel felruházva, csak éppen soha nem került összevetésre ez a valósággal.

Mindenesetre nagy fejtörést okozott ez az akkori fizikának. A fizika minden ága megpróbált magyarázatot adni a maga törvényrendszerében erre a jelenségre, nem sok sikerrel. Einstein volt az, aki mindenféle addigi fizikai ismerettől távolságot tartva megpróbált pusztán ebből a tényből kiindulni, hogy a fény bármilyen inerciarendszerben fénysebességgel halad. Ehhez fel kellett rúgni a térről és időről alkotott képet. A mi fogalmainkban a tér és idő fix, bebetonozott koordinátarendszert képez. Einstein gyakorlatilag megpróbálta a különböző inerciarendszerek koordinátatengelyeit úgy igazítani, hogy abban a fény sebessége ugyanannyinak adódjon. Ehhez úgymond el kellet forgatni, meg kellett nyújtani vagy össze kellett nyomni ezeket a tengelyeket, ha geometriailag akarjuk megfogalmazni a dolgot.

Mindenesetre sikerült neki egy ilyen rendszert összehoznia, amit pontos matematikával lehetett leírni. Ezekből pl. ilyenek adódnak, hogy az adott inerciarendszerhez képest egy nagy sebességgel haladó másik inerciarendszerben a látszólagos hozz rövidül (hosszkontrakció), amit így lehet kiszámolni:

x' = x * gyök ( 1 - v²/c² )

vagy az idő lelassul (idődilatáció):

t' = t * [ 1 / gyök ( 1 - v²/c² ) ]

Oké, ha valamit gyorsítasz, abba energiát kell fektetni. Minél inkább közelítesz a fénysebességhez, az „álló” inerciarendszerhez képest annál kisebb a gyorsulás. Megfigyelőként azt kellene látnod, hogy az energia valamilyen módon mégis jelen van a mozgó rendszerben. Innen jöttek újabb képletek:

E = mc²

m' = m * [ 1 / gyök ( 1 - v²/c² ) ]

Tehát minél közelebb kerülsz a fénysebességhez, annál nagyobb tömeget kellene gyorsítani, látszólag sokkal hosszabb utat kellene megtenni, és látszólag sokkal lassabban telő időben.

Mindenütt ott van az a fránya gyök(1-v²/c²), ami a tört nevezőjében van. Ha v közelít a fénysebességhez, akkor a v²/c² közelít az 1-hez, így az 1-v²/c² közelít a nullához, így a tört nevezőjében szereplő érték is közelít a nullához. Ha a fénysebesség 99%-val haladsz, már 3-szor akkor a tömeget kell relatíve háromszor akkora úton mozgatni, relatíve harmadannyi idő alatt. Ahogy közelítesz a fénysebességhez, végtelenhez tartó tömeget kellene végtelenhez tartó hosszon mozgatni, végtelenhez tartóan kicsi idő alatt. Fénysebesség esetén meg egyszerűen nullával fogsz osztani. Ebből jön ki az, hogy nem lehet fénysebességgel haladni, nem lehet a fénysebességet átlépni. A fény is csak azért tud fénysebességgel haladni, mert nincs nyugalmi tömege.

Amúgy az a szép ezekben a képletekben, hogy ha nagyon kicsi sebességről van szó, akkor megfelelő elhanyagolások mellett kijönnek a newtoni fizika képletei. Pl. a relativisztikus tömeg esetén, mondjuk a fénysebesség 1%-nál:

m' = m * [ 1 / gyök ( 1 - v²/c² ) ] = m * [ 1 / gyök ( 1 - (0,01*c)²/c² ) ] = m * [ 1 / gyök ( 1 - 0,0001/1 ) ] = m * [ 1 / gyök ( 0,9999 ) ] = m * 1/0,99995 = 1,00005 * m

A tömeg növekedése szinte mérhetetlen, 0,005%-al nő meg a tömeg. Pedig a fénysebesség 1%-a is hatalmas sebességet jelent, egy millió km/h!

Ha meg a fénysebességnek csak egy ezrelékéről – 100 000 km/h, ami kb. a Föld Nap körüli sebessége – van szó, akkor a tömeg 0,00005%-al nő. (Megjegyzendő, hogy a leggyorsabb ember alkotta jármű a Voyager-2 ennek a sebességnek a felét jelenti csak. Mondjuk egy egy tonnás jármű esetén ez 45 grammot jelent. Nem csoda, hogy évszázadokig nem tűnt fel senkinek ez a jelenség, egyszerűen nem találkoztunk ilyen gyors dolgokkal. Ma sem találkozik egy átlagember ilyen sebességekkel, egyszerűen a világunkban nem látunk ilyen relativisztikus jelenségeket, így nehéz is őket elképzelni, mert a hétköznapi tapasztalatunk egészen mást mutat.

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

Hogy mennyire dogma ez? Nos mikor Einstein megalkotta a relativitáselméletet, az addig csak mese volt. Nagyon jól átgondolt, nagyon racionális mese, amit nem lehetett élből elutasítani, de nagyon jól meg kellett emészteni, hogy hozzá lehessen szólni. A tudósok elsőre nem is igazán kommentálták Einstein elméletét. A publikálást követően néma csend következett. Ha hülyeség lett volna, kapásból reflektált volna egy raklap tudós, hogy ezért és ezért hülyeség, és ennek meg annak a megfigyelésnek mond ellent az egész elmélet. De nem ez történt. Mindenki elolvasta, triviálisan hülyeségnek tartotta gondolom, és mikor elkezdtek volna magától érthetődő ellentmondásokat keresni benne, akkor bizony az jött ki, hogy nem igazán lehet ilyet találni, az elmélet összhangban van mindazokkal az ismeretekkel, amit a fizika a története során felhalmozott.

De ez attól még mindig mese. Az elmélet kísérleti igazolásai azért csak később jelentek meg, de akkor nagyon pontosan az elmélet által előrejelzett jelenségeket mérték ki. Ma már mindenhol, ahol nagy sebességekről van szó, alkalmazzák is a relativitáselméleteket, és mindenhol azt látjuk, hogy ennek megfelelően működik a világ. A relativitáselmélet mára a legjobban kísérletileg igazolt elmélet. Ha egy katódsugaras TV-t nézel, ha egy részecske megtesz egy kört a részecskegyorsítóban, ha egy GPS megmondja a koordinátáidat és nem 500 méterrel tesz arrébb, az mind-mind kísérleti igazolása annak, hogy a relativitáselmélet jól írja le a világunkat.

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

Oké, tegyük félre, hogy nem lehet átlépni a fény sebességét, nézzük meg hogy mi van, ha valami már eleve fénysebességnél gyorsabban haladt, mondjuk a fénysebesség kétszeresével. Akkor használva a fenti képleteket, ilyeneket kapunk:

m' = m * 1 / gyök(1-v²/c²) = m * 1 / gyök(1-(2c)²/c²)) = m * 1 / gyök(1-4) = m * 1 / gyök(-3)

gyök(-3)! Hát ez valós számok esetén nem nagyon tudjuk értelmezni. De van olyan matematika, ami tud negatív számok gyökével számolni, lásd: komplex számok. De mit jelent az, hogy egy tömeg komplex szám? Lehet-e komplex számokat használni a tömeg esetén? Hát hajrá, próbáld meg értelmezni, számolni vele, majd a számolásokat kísérleti eredményekkel összehasonlítani…

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

Persze lehet, hogy a relativitáselmélet nem az utolsó szó amit a fizika kimond. Ma már tudjuk hol vannak a korlátjai, melyek azok az esetek, amelyeket valamiféle fizikával le kellene írni, de a relativitáselmélet nem alkalmas rá. Alapvetően két ilyen jelenség van, mikor szükség lenne egy általánosabb érvényű matematikára: az Ősrobbanás és a fekete lyukak. Ott tudjuk, hogy kellene lennie valami más jelenségnek, de egyelőre még nem találtuk meg az ezt leíró elméletet, illetve annak a matematikáját. Azt tudjuk, hogy minden más esetben a relativitáselmélet jó modell, nem nagyon találkoztunk olyan jelenséggel, ami ellentmondana a relativitáselmélettel kiszámolt eredményeknek. Tehát valahol azt is sejtjük, hogy ennek az új fizikának a határértéke a jelenlegi relativitáselmélet, mint ahogy a relativitáselméletnek határértéke a newtoni fizika.

Természetesen mivel nem ismerjük ezt a fizikát, nem tudjuk megmondani, hogy az alapján mire lehet következtetni a fénysebességnél gyorsabb dolgokra. A relativitáselméletet ismerjük, abból meg értelmezhetetlen mennyiségek jönnek ki (komplex számmal kifejezett tömeg).

2xSü,

A mai összes pozitív szavazatom a tied - nagyon szép összefoglalás, le a kalapokkal :)

Pici számhiba becsúszott, de a lényeget nem érinti.

(

Ha meg a fénysebességnek csak egy ezrelékéről – 1 000 000 km/h, ami kb. a Föld Nap körüli sebességének tízszerese...

... ez 0,45 grammot jelent.

)

A tényekkel nem lehet ellenkezni. A tények azok tények.

Illetve lehet, csak meddő hülyeség.

Köszi Süsü, tényleg szép volt!

Kérdező, érted már, miért nem értelmezhető a kérdésed?