سرعت نور، چالش ها و نظریه ها

  چنانچه نور در جهت مخالف دستگاه حرکت کند، آنگاه خواهیم داشت

w=c-v

بر این اساس ماکسول به فکر محاسبه سرعت حرکت منظومه ی شمسی نسبت به اتر افتاد. وی در سال ۱۸۷۹ طی نامه ای که برای تاد در آمریکا نوشت، طرحی را برای اندازه گیری سرعت حرکت منظومه ی شمسی نسبت به اتر پیشنهاد کرد. یک آمریکایی به نام مایکلسون این طرح را دنبال کرد و برای انجام آزمایش تداخل سنجی نیز ساخت و در سال ۱۸۸۰ آزمایش کرد

دو- سرعت نور در خلاء ، در هر چارچوب لختی که اندازه گیری می شود با صرفه نظر از حرکت منبع نور ، معادل  

 c

است

اصل موضوعی دوم انیشتین ، در واقع اندیشه مکانیکی نیوتنی و سینماتیکی گالیله ای را رد می کند . طبق اصول سینماتیک ، اگر دو جسم متحرک با سرعت ثابت ، در حال حرکت به سمت یکدیگر باشند ، سرعت هر یک از آن ها در نقطه بر خورد ، برابر با مجموع سرعتشان است

اما درنسبیت انیشتین اینگونه نیست . اگر در نقطه ای نوری را گسیل کنیم ، ناظر ساکن و ناظر متحرک که با سرعت

 v

در حال حرکت به سمت منبع است ، سرعت نور را

 c

محاسبه می کنند.

 نسبیت علاوه بر آنکه بخوبی توانست علت شکست نتیجه ی آزمایش مایکلسون را توجیه کند، از تمام آزمایش های مربوط به آن نیز با موفقیت بیرون آمد. علاوه بر آن به نتایج گرانقدری رسید که همه ی اندیشه بشریت را تحت ناثیر قرار داد.

همجنانکه که در بالا بیان شد، ثابت بودن سرعت نور به عنوان یک اصل موضوع مطرح شده است. اصول موضوع در هر زمینه ی علمی دارای این ویژگی هستند که اعتبار خود را تا زمانیکه با مورد نقض رو به رو نشده اند، حفظ می کنند و به محض مواجه با یک تناقض از اعتبار ساقط می شوند. ار آن جاییکه فیزیک یک دانش تجربی است، الزاماً بایستی ابطال اصولش نیز بر پایه تجربه باشد

علاوه بر مشاهدات تجربی که می تواند اصول موضوعی را به چالش بکشد، سازگاری این اصول با سایر نظریه هایی که قادر به توجیه پدیده های فیزیکی هستند نیز از اهمیت خاصی برخور دار است. تجارب کیهانی دهه ی ۱۹۷۰ به بعد اصل ثابت بودن سرعت نور را با مشکل جدی مواجه ساخته است که در زیر به برخی از آنها اشاره می شود

سرعت نور ثابت نیست

تئوری جدیدی که دانشمندان استرالیایی مطرح کرده‌اند و سرعت نور را ثابت نمی‌دانند مهمترین تئوری فیزیک نوین یعنی نسبیت انیشتین را از اریکه قدرت به پایین می‌‌کشد.
تیم فیزیک‌دانان دانشگاه مک کواری سیدنی در استرالیا به ریاست پال دیویز

Paul Davies

احتمال آن که سرعت نور طی میلیاردها سال کندتر شده باشد را مطرح ساخته‌اند. در این صورت فیزیکدانان باید در مورد بسیار از فرضیه‌ها و تئوریهای پایه بویژه در مورد قوانین حاکم بر عالم تجدید نظر کنند. دیویز در مصاحبه با رویتر گفت: «معنی این تئوری جدید آن است که باید از خیر تئوری نسبیت و فرمول

E=mc2

و این جور چیزها بگذریم البته نه به این معنی که کتابها را در این مورد دور بیندازیم؛ همیشه تحولات علمی تئوریهای قدیمی‌تر را در خود هضم می‌‌کند‌».

نتایج تحقیقات این تیم در مجله نیچر 

Nature

 به چاپ رسیده است. جان وب اختر شناس دانشگاه نیوساوث ویلز با ارائه تئوری خود براساس شواهدی که به دست آمده است ادعا می‌‌کند که سرعت نور می‌‌تواند ثابت نباشد، که این موضوع معمای لاینحلی را پیش روی فیزیکدانان و اخترشناسان قرار داده است. براساس یافته‌های وب، نوری که از کوثر- 

Quasar

 شی‌ء شبیه به ستاره در آسمان – در طی دوازده میلیارد سال سفر خود تا رسیدن به زمین فوتونهایی از سحابی بین ستاره‌ای دریافت کرده است که با فوتونهایی که تاکنون می‌‌شناختیم تفاوت دارد.
دیویز در توضیح یافته‌های وب می‌‌گوید: مشاهدات وب به معنی آن است که ساختار اتمهایی که از نور کوثر ساطع می‌‌شود تفاوت بسیار جزیی اما با اهمیت ساختار اتمهای انسان دارد. دلیل این تفاوت فقط می‌‌تواند از دو چیز ناشی شود: یا بخاطر سرعت نور و یا بخاطر تخلیه الکترونی

(Electron Charge)

 از سویی دو قانون در قوانین فیزیک کیهانی مطرح است که سالهاست مورد پرسش قرار گرفته است. براساس این دو قانون نه تخلیه الکترونی و نه سرعت نور قابل تغییر نیستند. اما باید برای مشاهدات وب توضیحی داد: یا این مشاهدات اشتباه است و یا یکی از دو قانون ثبات سرعت نور و یا تخلیه الکترونی قابل تکیه نیست. تیم دیویز بنا را براین گذاشتند که مشاهدات وب درست بوده و یکی از این دو قانون ممکن است آنطور که تصور می‌‌شد غیرقابل تغییر نباشد.
به این ترتیب این تیم به مطالعه سیاه چاله‌ها روی آوردند. سیاه چاله‌ها توده‌های عظیم و اسرارآمیزی هستند که ماده را می‌‌بلعند و حتی نور نیز از چنگال این مکنده در امان نیست. اگر قرار باشد به قانون دوم ترمودینامیک- که خود یک دگماتیسم دیگر در فیزیک است- اعتقاد داشته باشیم در این صورت تغییر در قانون ثبات تخلیه الکترونی قانون دوم ترمودینامیک را در هم خواهد ریخت به همین دلیل یک گزینه باقی ماند و آن بررسی امکان متغیر بودن سرعت نور است.
گرچه هنوز مطالعات به اندازه کافی نیست و مشاهدات وب از نور کوثر برای درهم ریختن تئوری‌های موجود کافی نیست اما مطالعه در این زمینه از چندی پیش آغاز شده است. ا ز جمله می‌‌توان به مقاله‌هایی که در مجله Physical Review Letters منتشر شده مراجعه کرد و گرچه بسیاری از وفاداران به تئوریهای موجود سعی دارند مشاهدات وب و دیویز را اشتباه مشاهده‌ای و اشتباه محاسباتی و آماری جلوه دهند، اما بحثی که در این زمینه آغاز شده است روز به روز دامنه‌دارتر می‌‌شود و به همان اندازه‌ای که خود کیهان سئوالات لاینحل باقی گذاشته مشاهدات اخیر نیز بسیاری از تئوریها را به چالش کشانده است.
در این وضعیت باید روشن شود به چه چیزهایی از تئوری گذشته می‌‌توان تکیه کرد و باید دید تئوریهای جدید از عهده پاسخگویی به بسیاری از پرسشها بر می‌‌آیند یا خیر. در واقع از نظر دیویز همان بلایی که تئوری نسبیت انیشتین و فیزیک کوانتوم بر فیزیک قرن نوزدهم وارد آورد حالا خود شاهد آن خواهد بود که تئوریهای جدید پایه و اساس این تئوریها را متزلزل خواهد کرد. حداقل دستاورد این مشاهدات این است که در بررسی ساختار کیهان و این که از کجا نشأت گرفته و به کجا تکامل پیدا می‌‌کند یک گام رو به جلو برداشته شده است.
تئوری نسبیت می‌‌گوید که سرعت هیچ چیز از نور فراتر نمی‌رود (سرعت نور در خلأ، تقریباً۰۰۰ر۳۰۰ کیلومتر در ثانیه است). آرزوی انسان فراتر رفتن از این سرعت است و این آرزوها در فیلمهایی مثل “Star Trek” انعکاس یافته‌اند. حتی اگر انسان ابزاری بسازد که بتواند با سرعت نور حرکت کند برای عبور از کهکشان راه شیری یکصدهزار سال وقت لازم است.

کندتر از همیشه

ماگی جو کتابی براى رد محدودیت سرعت منتشر کرده است. وی جوانى جاه طلب نیست، بلکه استاد ۳۵ ساله فیزیک نظرى در دانشگاه امپریال کالج لندن است
نویسنده اظهار می دارد چرا به رغم آنکه فضاى سه بعدى کیهانى که در فضا- زمان چهاربعدى جهانى خمیده اینشتین قرار دارد، درست همانند فضاى اقلیدسى، کاملاً مسطح است؟ چرا محتویات آن در مقیاس بزرگ چنین همگون است؟ در دهه ۱۹۸۰ آلن اچ گات از موسسه فناورى ماساچوست پاسخ واحدى براى هر دو پرسش یافت.

این پاسخ که تورم 

(inflation)

 نام دارد بیان مى کند که درست پیش از انبساط آهسته و مداوم فضا که باعث مى شود مواد موجود در آن به اطراف پراکنده شوند، در یک فاصله زمانى کوتاه انبساط فضایى ناگهانى، شدید و غیرمعمولى رخ داده است. آن میدان گذرا، در نهایت از بین رفت و مخلوط پیچیده اى از ذرات (و از جمله تابش ها) را به وجود آورد که هنوز هم در فضا سیر مى کنند. آثار این فشار اولیه هنوز هم به صورت انبساط هابل که براى ما قابل مشاهده است، وجود دارد که سرعت این انبساط امروزه در حال افزایش است

در تفسیر هایى که جزئیاتى در مورد وضعیت اولیه ارائه مى دهد، انحراف هاى کوچکى وجود دارد. طى چند سال گذشته یکى از کار هاى اصلى این بوده است که تمام این ضعف هاى جزیى تجزیه و تحلیل شود تا اطلاعات لازم در مورد ماده اولیه، تغییرات و حرکت آن با توجه به رشد کنونى کیهان تهیه شود. امروزه معماى واقعى جدیدى وجود ندارد
هر چند که پرسش هاى زیادى باقى مانده است که باید پاسخ آنها را دریابیم که از جمله مهم ترین آنها میراث اسرار آمیز و ناشناخته اینشتین است، یعنى «ثابت» کیهانشناختى وى. این کتاب بیانیه فردى است که مواضع مخالف خود را نسبت به مطالبى که پیش از این با قاطعیت پذیرفته شده است، با صراحت و خلاقیت بیان مى کند
مولف و همکارانش در این کتاب شک و تردید هایى نسبت به مفهوم تورم ابزار کرده اند: تورم پدیده اى است که با سرعت بى نهایت رخ داده است. براى مخلوط کردن ترکیب چگال و داغ اولیه در دوران هاى ابتدایى، مى بایست با نور رقابت کرده و آن را تا مرز هاى دوردست تورم پشت سر گذاشت یعنى سریع تر از نور؟ اینشتین و همفکرانش تایید کرده اند که فقط یک راه براى انجام چنین چیزى وجود دارد: استفاده از گرانش دافعه اى. این مفهوم در تئورى آنان وجود داشت
ماگی جو حدس مى زند که شاید راه دیگرى هم وجود داشته باشد. اگر ماده نسبت به نور چنین کند است، چرا سرعت نور در گذشته نمى توانسته است بیشتر و بیشتر باشد؟ 

Scientific American, Apr2003
* فیلیپ موریسون استاد فیزیک در موسسه فناورى ماساچوست، از سى و پنج سال پیش تاکنون سرگرم نوشتن مقاله در ساینتیفیک آمریکن بود

دانشمندان سرعت نور را افزایش دادند

محققان اروپایی به دنبال راهی برای پردازش اطلاعات با سرعت نور هستند
تیمی از دانشمندان اروپایی برای اولین بار نشان داده‌‏اند که می‌‏توان سرعت نور را کنترل کرد
محققان مرکز فرانسوی

 ، به طور موفقت‌‏آمیزی با استفاده از تجهیزات نه چندان پیشرفته و در شرایط محیطی نرمال توانستند سرعت نور را کاهش و افزایش دهند. محققان می‌‏گویند: این دستاورد آنها کاربردهای زیادی در زمینه‌‏های مختلف خواهد داشت، از جمله در حوزه‌‏های رایانش نوری و ارتباطات فیبر نوری. محققان

 می‌‏گویند: کاهش دادن سرعت نور برای خود آنها چندان حیرت انگیز نبوده؛ اما آنچه که واقعا خود آنها را شگفت‌‏زده کرده این است که آنها توانسته‌‏اند نور با سرعت بیشتری از سرعت نور (۳۰۰ میلیون متر بر ثانیه در خلاء) هدایت کند
 

 منبع: شبکه فناوری اطلاعات ایران