Honnan tudják hogy fénysebességgel haladva alig telik az idő és hogy nincs a fénynél gyorsabb?

Vannak összefüggések, amik leírják a világot. Úgy találták, hogy ezek az összefüggések az ismert világhoz jól alkalmazkodnak. Kiszámolták, kimérték, egyezett, tehát igaznak tekinthetőek.

Ilyen összefüggésekből le lehet azt is vezetni, hogy egy tömeggel rendelkező test nem haladhat a fénynél gyorsabban.

Einstein matematikailag magyarázta az akkori megfigyeléseket, melyek leírtak pár alapvető összefüggést: pl fénysebességgel haladva nem telik az idő, illetve tömeggel rendelkező test nem érheti el ezt a sebességet. (meg még sok mindent, de egyelőre téed ez érdekel). (Amúgy a Maxwell egyenletek is tartalmazzák Einstein megoldásait, csak ő egyszerűen nem "jött rá" hogy ezek is benne vannak).

Kísérleti igazolása:

1) bizonyos részecskék rendkívül gyorsan elbomalak (másodperc rendkívül csekély része). Ha azonban ezt a részecskét felgyorsítjuk fénysebesség közelébe, akkor a fénysebességet egyre jobban megközelítve pontosan annyival növekszik az élettartama, mint amennyit a relativitás elmélete megjósol.

2) Pl a műholdak lényegesen gyorsabban mozognak, mint a földfelszínen álló ember. Ebből kifolyólag az ő saját idejük lassabban fog telni, mint a földi idő. Ez pl a GPS műholdak esetén megfigyelhető remekül, ugyanis hiába van halálpontos órájuk, mégis "rosszul" kell beállítani őket, hogy ezt a hatást ellensúlyozzák.

Ezenkívül a részecskegyorsítókban folyamatosan egyre gyorsabb és gyorsabb részecskéket használnak kutatásra - és pontosan lehet látni, hogy hiába pumpálnak bele egyre több és több energiát, a részecske energiája (és vele látszólagos tömege) növekszik - pontosan az Einsteini egyenletek alapján. Ebből kijön egy görbe: egy test minél jobban megközelíti a fénysebességet, annál több és több energia kell (méghozzá exponenciálisan több) hogy tovább gyorsítsuk. Tehát egy részecske sohasem érheti el a fénysebességet - ahhoz ugyanis végtelen energiamennyiség kell.

A világegyetem pedig tágulhat fénysebességnél gyorsabban. A "szabály" az az, hogy tömeggel rendelkező részecske nem érheti el a fénysebességet. A világúr tágulása azonban a tér tágulása - tehát kvázi úgy képzeld el, hogy a világegyetemen minden pontja egymástól egyre távolabb kerül - miközben nem mozdulnak! Mintha te egy futószalagon állnál, veled szemben egy másik ember, szintén egy futószalagon. TE sem mozogsz, ő sem mozog, de kettőtök között egyre nő a távolság, és közben egyre több a szalag van közöttetek. Egyikőtök sem mozog fénysebességnél gyorsabban, mégis gyorsabban távolodtok egymástól.

Ezenkívül még egy érdekes dolog van: a relativitás csak annyit mond ki, hogy tömeggel rendelkező anyag sohasem érheti el a fénysebességet - azonban nem zárja ki, hogy ne lennének fénysebességnél gyorsabb anyagok. Ez esetben viszont azok sohasem lassulhatnak fénysebesség alá. Ezek a részecskék a tachyon-ok - egyelőre csak hipotézis szintjén "léteznek" - semmilyen bizonyíték nincsen a létezésükre, de az elmélet megengedi a létüket.

Ezt a kérdést megválaszoljuk úgy hetente a GYIKen. :D

Megpróbálom több részre bontani a kérdésedet.

"és tekintve hogy a világegyetem nagyrésze ismeretlen"

Az ISMERT univerzum homogén és izotróp, azaz mindenhol ugyanazok a fizikai törvények uralkodnak.

Ha pedig (legalábbis itt) a törvények egyetemesek, akkor teljesen mindegy, hogy milyen messzire mész, akár a saját szobádból is kielemezheted az összes törvényszerűséget. Már ha a felszerelésed adott. ("Felszerelés" néha mondjuk egy csillagot jelent, szal nem ilyen egyszerű, de a HELY önmagában lényegtelen.)

Valójában a csillagászok is kb. ezt csinálják: ki se mozdulnak a saját otthonukból (azaz: a Földről), onnan próbálják kielemezni a távoli testeket.

"gyorsult már valaki fénysebességre hogy megnézze hogyan telik az idő?"

Persze. Úgy látom, valamiért úgy gondolod, hogy ehhez az űrbe kell menni. :D De a fény - szokásos, hétköznapi, ismerős fény - itt, a te szobádban is fénysebességgel terjed. Ami a más részecskéket illeti, itt van például a Nagy Hadrongyorsító (amit jól ismersz), ahol potosan azt csinálják, hogy a nagy sebességekre gyorsítanak nyugalmi tömeggel bíró részecskéket, hogy tesztelhessék, hogy hogyan viselkednek magas energiaszinteken.

"állítólag a világegyetem gyorsuló ütemben tágul akkor az már akár túl is léphette a fénysebességet nem? hiszen 13-14milliárd éve volt rá."

Nem egészen világos számomra, hogy értjük-e, mi a sebesség. :D Miért számít, hogy hány éve volt rá? Ha valami nem gyorsuló/lassuló, hanem egyenletes mozgással halad, akkor X év múlva is ugyanannyival halad, nem?

De egyébként azt hiszem, jó irányba tapogatózol.

Az univerzum tágulásának kevés köze van a hagyományos mozgáshoz. Előző már leírta, miért.

De van egy ilyen része is: minél nagyobb a távolság két dolog kötött, annál gyorsabban távolodnak, ahogy a tér tágul. Ez egyszerű logika: ha A balra van X-től, és V-vel távolodik tőle, és B balra van X-től, és V-vel távolodik tőle, akkor A és B már 2 V-vel fog egymástól.

Magyarul:

Az univerzum a te szobádban is tágul, de olyan icipici ütemben arányosan, hogy semmi jelentősége nincsen. Csillagközi távolságoknál már jelentős az eltérés. És végül eljutunk egy pontra, amin túl két pont már gyorsabb ütemben távolodik, mintsem akár a fény haladni tud.

Ezt hívják úgy, hogy

[link]

Elképzelhetsz a Föld köré egy gömböt, és ha azon túl indul el egy fénysugár, akkor soha nem tud elérni minket, mert amennyi haladást elér az irányunkba, annyit tágult a tér is közben felénk.

Tehát ezt a külvilágot nem tudjuk megfigyelni.

(Még rosszabb: a tágulás miatt folyamatosan csúsznak át a peremen égi objektumok, tehát még látunk olyan dolgokat most, amiket aztán már soha többé. :) )

Tehát ilyen értelemben igen, a tágulás túlhaladja a fénysebességet. De a tágulás nem "mozgás" a hagyományos értelemben. A mozgás valami, amit egy részecske végez az időben és térben, ami a mozgási energiájával mérhető.

(Valamennyire a tágulás is köthető az energiaszintekhez: a gravitációs (és más erőmező) potenciális energia növekedésével jár, amit a másik oldalon az univerzum tömeg- és mozgási energiájának kell ellensúlyoznia.)

De visszatérve a kérdésedre, mind az idő, mind a sebességkorlát egyetemes törvények.

Talán a legegyszerűbb úgy magyarázni, hogy mi az a Lorentz-transzformáció.

[link]

Alapesetben, ha a Newton-féle fizikában meg akarod határozni, hogy valamilyen ponhoz képest valamilyen irányba és sebességgel haladó test milyen iránnyal és sebességgel látszana haladni egy másik pontból nézve, egy olyan dolgot alkalmazol, hogy Galilei-transzformáció:

[link]

Nem valami nagy ördöngösség: a v=s/t-ből, azaz a sebesség adott idő alatt megtett út tényéből adódik.

De nem jó fizika. A megfigyelésekkel nem egyezik. A helyes megoldás a Lorentz-tranzformáció.

Az ok? A fény viselkedése. A fény ugyanis mindig ugyanolyan gyorsan megy, akár közeledsz hozzá, akár távolodsz tőle. Azt várnád, hogy hozzáadódik vagy kivonódik belőle egy mozgó tárgy viszonylagos sebessége, ha egymáshoz képest nézed, de nem. Ez ugyebár lehetetlen, hacsak...

Hacsak valamilyen univerzális korlát nem változtatja vagy a fény sebességét, vagy minden másét. Ha ez az elváltozás mérhető két akármilyen dolog között nagy sebességeknél, akkor az utóbbi az igaz.

Nos, mérhető.

Valójában ennyi az egész: melyik egyezik a megfigyelésekkel.

Minden más következmény: a sebesség korlátja és a sebesség-mozg.energia viszony képlete, és az idő módosulása ebből következik.

Van egy lista a fontosabb kísérletekről itt:

[link]

bár jobban is bele lehet merülni, mondjuk itt vagy itt:

[link]

[link]

Igazából nehéz részletezni az összes kísérletet, mert nyilván minden egyes apró részletet minden szempontból megpróbáltak ellenőrizni.

Azért van itt 1-2 dilemma.

Tegyük fel, hogy az ősrobbanás 13,7 mrd éve volt.

Adott egy objektum, aminek a fénye mondjuk 13 mrd éve indult el felénk és pont most ért ide. Ez a fény gyakorlatilag a tér tágulásával "szemben" haladt felénk (illetve mi is "tolattunk" közben hátra), vagyis bár az elindulásakor közel voltunk egymáshoz (hiszen 13 mrd éve még minden sokkal közelebb volt), mégsem max 700 millió, hanem 13 mrd év alatt ért ide. Idáig oké.

Az is világos, hogy az objektum 700 millió éves állapotát látjuk. Na de miért mondjuk azt, hogy 13 mrd fényévre van tőlünk jelenleg? Annyira biztos nincs. A 2 logikus válasz a kevesebb, mint 700 millió fényév lehetne - mert, hogy amikor az a fény elindult felénk, akkor ilyen kis távolságra voltunk egymástól, tehát csak ennyire távol kéne látnunk - vagy pedig az, hogy jóval több, mint 13 mrd fényévre, mert hogy közben a tér maga is jócskán tágult és eltolta még messzebb.

Egyáltalán van-e arról bármilyen fogalmunk, hogy a tér milyen sebességgel tágul most és korábban? Vagy legalább arról, hogy a fénysebességnél gyorsabban vagy lassabban?