光の真の速度とその使用方法について学ぶ
ロベルト・モイオラ/シスアワールド/ゲッティイメージズ
光は、天文学者が測定できる最速の速度で宇宙を移動します。実際、光の速度は宇宙の限界速度であり、これより速く動くことは知られていません。光はどのくらいの速さで移動しますか?この限界は測定可能であり、宇宙の大きさと年齢を理解するのにも役立ちます。
光とは: 波または粒子?
光は、毎秒 299、792、458 メートルの速さで速く進みます。どうすればこれを行うことができますか？それを理解するには、実際に光が何であるかを知ることが役に立ちます。これは主に 20 世紀の発見です。
光の性質は、何世紀にもわたって大きな謎でした。科学者たちは、その波動と粒子の性質の概念を理解するのに苦労しました。もしそれが波だったら、それは何を通って伝播したのですか?すべての方向に同じ速度で移動しているように見えるのはなぜですか?そして、光の速さは宇宙について何を教えてくれるでしょうか?アルバート・アインシュタインがこの理論を説明するまでは、 特殊相対論 1905年にすべてが焦点になりました。アインシュタインは、空間と時間は相対的であり、光の速度は 2 つを結ぶ定数であると主張しました。
光速とは何ですか？
光の速度は一定であり、光の速度より速く移動することはできないとよく言われます。これは違います 全体的に 正確。 299,792,458 メートル/秒 (186,282 マイル/秒) の値は、真空中の光の速度です。ただし、実際には、光はさまざまな媒体を通過するときに速度が低下します。たとえば、ガラスの中を移動するときは、真空中の速度の約 3 分の 2 に減速します。空気中でも、 ほぼ 真空では、光の速度がわずかに遅くなります。宇宙を移動するとき、ガスや塵の雲、重力場に遭遇し、速度がわずかに変化する可能性があります。ガスとちりの雲も、通過するときに光の一部を吸収します。
この現象は、電磁波である光の性質に関係しています。物質中を伝播する際に、電場と磁場が接触する荷電粒子を「乱す」。これらの擾乱により、粒子は同じ周波数で光を放射しますが、位相がシフトします。 「擾乱」によって生成されたこれらすべての波の合計は、元の光と同じ周波数の電磁波になりますが、波長が短く、したがって速度が遅くなります。
興味深いことに、光が移動するのと同じくらい速く、その経路は強い重力場のある空間の領域を通過するときに曲げることができます.これは、多くの物質 (暗黒物質を含む) を含む銀河団でかなり簡単に見られ、クエーサーなどのより遠い天体からの光の経路をゆがめます。
重力レンズ効果とその仕組み。遠くの物体からの光は、近くの物体を強い引力で通過します。光は曲がったり歪んだりして、より遠くのオブジェクトの「イメージ」を作成します。 NASA
光速と重力波
現在の物理学理論では、重力波も光速で移動すると予測されていますが、科学者がブラックホールと中性子星の衝突による重力波の現象を研究しているため、これはまだ確認されています。そうでなければ、これほど速く移動する物体は他にありません。理論的には、彼らは得ることができます に近い 光の速度ですが、それ以上ではありません。
これに対する 1 つの例外は、時空自体である可能性があります。遠くに見える 銀河 光速よりも速く私たちから遠ざかっています。これは、科学者がまだ理解しようとしている「問題」です。ただし、これの興味深い結果の 1 つは、 ワープドライブ .このような技術では、宇宙船は宇宙に対して静止しており、実際には スペース 海で波に乗るサーファーのように動きます。理論的には、これにより超光速旅行が可能になる可能性があります。もちろん、他の実用的および技術的な制限が邪魔をしていますが、これは興味深い SF のアイデアであり、科学的な関心を集めています。
光の移動時間
天文学者が一般の人々から受ける質問の 1 つは、「光がオブジェクト X からオブジェクト Y に移動するのにどれくらいの時間がかかるか?」です。光は、距離を定義することによって宇宙のサイズを測定する非常に正確な方法を彼らに与えます.一般的な距離測定のいくつかを次に示します。