اگر سرعت نور کمتر بود چه اتفاقاتی در انتظارمان بود؟

نور بالاترین سرعت را در جهان دارد. اما چه اتفاقی رخ می‌دهد اگر سرعت نور کمتر بود؟ آیا ممکن است با پدیده‌های عجیب و دور از ذهنی روبه‌رو شویم؟ در این مقاله به این پرسش پاسخ می‌دهیم.

نور سریع‌ترین موجودیت در جهان به شمار می‌رود؛ اما چه اتفاقی رخ می‌دهد اگر سرعت نور بسیار کمتر بود؟ سرعت نور در خلأ به ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه می‌رسد؛ اما اگر سرعت نور کمتر از این مقدار بود می‌توانستیم آثار آن را به وضوح در زندگی روزمره احساس کنیم.

جرد کورتمیر، رئیس فناوری و توسعه‌ی آموزشی در دانشگاه ETH زوریخ سوئیس و همکاران او بازی‌ای را طراحی کردند که در آن می‌توان سناریوی مشابهی را تجربه کرد. در این بازی می‌توانید جلوه‌های عجیب رنگ و درخشش و حتی تغییراتی در طول اشیاء را ببینید که همه نتیجه‌ی کاهش سرعت نور هستند.

سرعت آهسته‌ انسان

انسان حتی در بالاترین سرعت‌ها نسبت به سرعت نور کند است. به گفته‌ی فیلیپ تان، دانشمند پژوهشی آزمایشگاه گیم :

سریع‌ترین سرعتی که انسان می‌تواند طی کند برابر است با ۰/۰۰۳۷ درصد سرعت نور.

فیزیک‌دان‌ها با انجام آزمایش‌هایی متوجه شدند در صورتی که انسان با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت کند اتفاق‌های عجیبی رخ خواهد داد. براساس نظریه‌ی نسبیت خاص آلبرت اینشتین که تأثیر سرعت بر جرم، زمان و فضا را توضیح می‌دهد، در سرعت نزدیک به سرعت نور زمان کندتر می‌گذرد و اشیا کوتاه‌تر از حالت عادی به نظر می‌رسند همچنین اثر داپلر برای نور آشکار خواهد بود. حالا اگر به جای افزایش سرعت انسان، سرعت نور را کم کنیم همین تغییرات رخ خواهند داد. در هر دو مورد، در سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنیم.

کاهش سرعت نور

کورتمیر همراه با تان و دیگر همکاران خود در آزمایشگاه گیم MIT یک بازی کامپیوتری را برای شبیه‌سازی کاهش سرعت نور طراحی کردند. آن‌ها در این بازی کاهش سرعت نور و تأثیر آن بر دنیای روزمره را براساس نظریه‌ی نسبیت خاص نشان دادند. در بازی‌ای به نام A Slower Speed of Light (سرعت نور کمتر) که در سال ۲۰۱۲ منتشر شد، بازیکن کاراکتری را هدایت می‌کند که گوی‌های ساحلی را جمع‌آوری می‌کند. هر بار کاراکتر یکی از ۱۰۰ گوی را جمع کند، سرعت نور کاهش پیدا می‌کند.

در واقعیت سرعت نور مانند بازی کم نمی‌شود. سرعت نور در خلأ هرگز تغییر نمی‌کند و برای هر ناظری ثابت است. بااین‌حال سرعت نور ممکن است براساس ماده‌ای که از آن عبور می‌کند کاهش پیدا کند اما این تغییر به حدی نیست که اثر نسبیت خاص را تغییر دهد یا حداقل ما بتوانیم آن را حس کنیم. اگر نظریه‌ی نسبیت خاص در زندگی روزمره پیاده‌سازی شود، در واقع شاهد تغییراتی در رنگ، زمان، مسافت و درخشش خواهیم بود. پژوهشگرها این تغییرات را در بازی پیاده‌سازی کردند.

بازی سرعت کمتر نور

در بازی‌ کامپیوتری به نام «سرعت نور کمتر»، بازیکن در صورت جمع‌آوری گوی‌های بیشتر به سرعت نور نزدیک می‌شود.
تغییرات رنگ

هنگامی که سرعت حرکت انسان به سرعت نور نزدیک شود، اثر نسبیتی داپلر پدیدار خواهد شد. برای درک این اثر باید بدانید که نور در دو نقش موج و ذره ظاهر می‌شود. نور در نقش موج براساس طول موج یا مسافت یک قله تا قله‌ی دیگر تعریف می‌شود که نشان‌دهنده‌ی رنگ، فرکانس یا تعداد قله‌هایی است که در یک زمان مشخص از آن عبور می‌کند.

براساس اثر داپلر، نزدیک شدن به منبع صوت باعث افزایش فرکانس یا گام می‌شود؛ زیرا قله‌های موج با سرعت بیشتری به گوش می‌رسند به همین ترتیب نزدیک شدن به منبع نور هم باعث کوتاه‌ شدن طول موج‌ها می‌شود به‌طوری‌که رنگ نور در انتهای طیف رنگی به آبی و بنفش میل می‌کند. از سوی دیگر با دور شدن از یک شیء رنگ واضح آن در انتهای طیف به رنگ قرمز میل می‌کند. به گفته‌ی کورتمیر:

در مجموع شیئی که به شما نزدیک می‌شود به آبی میل می‌کند درحالی‌که شیء دورشونده قرمزتر به نظر می‌رسد

طیف رنگی نور

وقتی سرعت حرکت انسان به سرعت نور نزدیک شود، اثر نسبیتی داپلر قابل درک خواهد شد. با حرکت به سمت منبع نور، رنگ ظاهری نور به رنگ بنفش و آبی‌انتهای طیف رنگی میل می‌کند. با دور شدن از منبع نور، رنگ ظاهری به رنگ قرمز انتهای دیگر طیف میل می‌کند.

تغییرات زمان و مسافت

شاید یکی از معروف‌ترین آثار نسبیت خاص با نزدیک شدن انسان به سرعت نور، کند شدن زمان باشد. در این سناریو شخصی که با سرعت نزدیک به نور حرکت می‌کند دیرتر پیر می‌شود. به این اثر اتساع زمانی گفته می‌شود. در بازی کورتمیر اتساع زمانی را تجربه می‌کنید اما نمی‌توانید آن را حس کنید زیرا چیزی برای مقایسه وجود ندارد. اتساع زمانی در طول بازی قابل مشاهده نیست اما در پایان بازیکن‌ها صفحه‌ای را می‌بینند که نشان می‌دهد زمان سپری‌شده برای آن‌ها کمتر از زمان ساعت ایستا است. اتساع زمانی مانند دیگر آثار نسبیت خاص در طول بازی رخ می‌دهد زیرا کاراکتر بازی به سرعت نور نزدیک می‌شود.
مقاله‌های مرتبط:

فیزیک‌دانان به‌کمک پالس‌های درون پلاسما محدودیت سرعت نور را شکستند

نظریه‌های اینشتین چگونه جهان را تغییر دادند؟

اثر دیگر نسبیت خاص طول اشیایی است که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند. در صورت حرکت با سرعت نور اشیا کوتاه‌تر به نظر می‌رسند. به این اثر انقباض طولی گفته می‌شود. اشیایی که نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند ممکن است از دید ناظر ایستا، کوتاه‌تر به نظر برسند. از طرفی شیء می‌تواند به دلیل اثری نسبیتی به نام اثر زمان اجرا، طولانی‌تر دیده شود. به بیان دیگر اگر سرعت نور کمتر باشد، اشیایی که نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند از دید ناظران ایستا طولانی‌تر و دارای انحراف به نظر می‌رسد.

تغییرات درخشش

وقتی در باران راه می‌روید ممکن است جلوی لباستان بیشتر از پشت لباس خیس شود. هر چقدر بیشتر راه بروید بیشتر در معرض قطره‌های باران قرار می‌گیرد. همین اثر مشابه ممکن است در نزدیکی سرعت نور رخ دهد. دلیل این مسئله هم این است که گاهی نور مانند مجموعه‌ای از ذرات به نام فوتون رفتار می‌کنند که همان قطره‌های کوچک نور هستند. با حرکت به سمت شیء در بازی کامپیوتری، شیء درخشان‌تر به نظر می‌رسد زیرا به سمت فوتون‌ها حرکت کرده‌اید.

آقای تامپکینز در سرزمین عجایب

کورتمیر و تان اولین افرادی نیستند که توانستند دنیایی را با کاهش سرعت نور تصور کنند. در سال ۱۹۳۹ فیزیک‌دانی به نام جورج گامو کتابی تصویری به نام «آقای تامپکینز در سرزمین عجایب» را منتشر کرد. شخصیت اصلی این کتاب با دوچرخه در شهری با سرعت نور کم حرکت می‌کند و آثار نسبیتی را تجربه می‌کند. اینشتین یکی از هواداران این کتاب بود.