المسافة التي يقطعها الضوء في الثانية في الفراغ
تعتبر سرعة الضوء خلال الفراغ أحد الثوابت الفيزيائية أي أنها لا تتغير أبدا ويرمز لها في علم الفيزياء بحرف C نسبة إلى كلمة (Constant أي ثابت) وتبلغ بالضبط (299.792.458) مترا في الثانية. يتم تقريب هذه المسافة أثناء إجراء المعادلات والحسابات الرياضية والفيزيائية بهدف تسهيل العمليات الحسابية إلى مقدار 300.000 كيلو متر لكل ثانية ومن المفيد أيضا تقدير هذه المسافة في الساعة حيث تبلغ مليار كيلو متر/ ساعة.
في الحقيقة إن دقة المسافة التي يقطعها الضوء في كل ثانية ثابتة لدرجة أنها تعتبر مقياسا للوقت (أي يتم حساب الوقت الذي يستغرقه الضوء لقطع هذه المسافة المذكورة سابقا لحساب زمن الثانية). علاوة على ذلك فمن المعروف أن الضوء يسافر أو ينتقل بشكل أسرع من أي شيء آخر في العالم مثل الطاقة أو المادة أو حتى المعلومات. يعود ذلك لأن الضوء يعتبر جسيما عديم الكتلة مثل الأشعة الكهرومغناطيسية والجاذبية كذلك.
المسافة التي يقطعها الضوء في الثانية في الأجسام الأخرى
إذن فالضوء أسرع ما يكون في الفراغ، لكن ماذا عن باقي الأجسام الشفافة أو التي تسمح للضوء بالسفر عبرها؟ تعتمد سرعة الضوء خلال جسم ما على قرينة الانكسار الخاصة بهذا الجسم ويرمز لها علميا بحرف n. ويرمز للمادة بحرف V بينما يشير حرف c إلى سرعة الضوء في الفراغ وهي ثابتة كما ذكرنا سابقا. يمكن التوصل إلى سرعة الضوء في وسط ما عبر المعادلة التالية:
n= c/v
عبر تطبيق المعادلة السابقة وبمعرفة أن قرينة الانكسار في الزجاج تبلغ 1.5 نستنتج أن سرعة الضوء في الزجاج تبلغ تقريبيا 200.000 كم/ ثانية. بينما تبلغ قرينة الانكسار في الهواء 1.0003 ما يؤدي إلى أن سرعة الضوء في الهواء تقدر بـ90 كم/ ثا.
ما هي السنة الضوئية؟
بالرغم من الالتباس الحاصل حول مفهوم السنة الضوئية وكونها وحدة زمنية بسبب احتوائها على كلمة "سنة"، فإن هذه الوحدة في الحقيقة تستخدم لقياس المسافات الفلكية الشاسعة. يرمز للسنة الضوئية بالإنجليزية برمز LY ويقصد بها (Light Year) وهي تشير إلى المسافة التي يقطعها شعاع من الضوء في الفضاء الخارجي خلال سنة واحدة.
يمكن التوصل إلى المسافة التي يقطعها شعاع الضوء في الفضاء الخارجي على اعتبار أنه يمر في الفراغ وبما أن هذه السرعة ثابتة ومعلومة. سنوفر عليكم عملية الجداء المطولة هذه ونقول إن السنة الضوئية بشكل تقريبي تعادل 9.460.730.800 مترا أو 9.461 تريليون من الكيلومترات.
كم يستغرق ضوء الشمس للوصول إلى الأرض؟
قد يظن البعض أن ضوء الشمس يصل إلى كوكب الأرض من دون تأخير أو أنه لا يحتاج لأي وقت ليصل إلينا. إلا أن أشعة الشمس ما هي إلا أشعة من الضوء تخضع لقواعده الفيزيائية في الواقع. تدور الأرض حول الشمس على بعد 150 مليون كم وبحساب بسيط نحصل على 500 ثانية بالضبط.
تستغرق إذن أشعة الشمس 8 دقائق و20 ثانية بالضبط حتى تصل إلى الكرة الأرضية. أي أنه إذا حصل واختفت الشمس عن الوجود لأي سبب من الأسباب (مع أن هذا علميا ليس على وشك الحدوث أبدا ولا داعي للقلق)، سيستغرق الأمر أكثر من 8 دقائق ليدرك البشر العاديون أنهم قد يحتاجون لارتداء بعض الملابس الثقيلة من الآن فصاعدا.
ماذا عن الوقت الذي يستغرقه ضوء النجوم ليصل إلى الأرض؟
إن هذا الكون الشاسع واللا محدود يحتوي على عدد لا متناهي من الأجسام السماوية التي يطلق بعضها الضوء بينما يعكس بعضها الآخر ضوء بعض النجوم الأخرى. فإذا كانت شمس مجموعتنا هي النجم الأقرب للأرض يستغرق شعاع ضوئها أكثر من 8 دقائق ليصل إلينا فلا بد أن الضوء المنبعث من النجوم الأخرى في المجرة وربما في غيرها من المجرات يستغرق وقتا أطول من ذلك.
يعتقد أن النجم الأقرب إلينا بعد الشمس واسمه (Alpha Centauri) يستغرق ضوءه 4 سنين ليصل إلينا. وهذا يعني أننا عندما ننظر إلى نجم متوهج ما في السماء نحن بالفعل ننظر إلى الماضي والضوء الذي نراه في السماء مساء ليس إلا نتيجة توهج النجوم والأجرام السماوية منذ سنين. كمثال آخر نذكر نجوم المجموعات الشمسية الأخرى وتحديدا مجموعة M109 التي تبعد 83.5 مليون سنة ضوئية عن الأرض ولكم أن تتخيلوا الأمر.
بشكل مماثل، وعلى فرض أن هناك مخلوقات فضائية على قيد الحياة ويملكون مناظير خارقة، يمكن التكهن أنهم عندما ينظرون إلى الأرض يرون نسخة قديمة منها ولا يرون الحاضر، حتى أن بعض سكان المجرات البعيدة جدا يمكن أن يروا الديناصورات.
هل الضوء أسرع شيء في العالم حقا؟
جرى في السنوات الماضية إجراء اختبارات تتعلق بسرعة الإلكترون الذي يمكن أن يكون المنافس الوحيد للضوء في مضمار الجري حاليا. تبين لدى علماء الذرة والفيزياء أن الإلكترونات تتحرك بمسارات ضمن الذرة. عبر تغذية الإلكترون بالطاقة فإن سرعته تزيد بشكل مطرد لكن هذه النقطة بحاجة إلى توضيح.
عبر شحن الإلكترون بطاقة تبلغ 220.000 إلكترون فولت وهي وحدة لقياس الطاقة يمكن للإلكترون أن يصل إلى 90% من سرعة الضوء. إذا أردت الإلكترون أن يصل إلى 99.9% من سرعة الضوء ستحتاج لتغذيته بأكثر من 11 مليون إلكترون فولت. قد يكون السبب في ذلك أن الطاقة الكبيرة تجعل الإلكترون أثقل وأضخم أثناء ازدياد سرعة حركته مما يصعب الازدياد في السرعة عليه.
توصل العلماء في مختبرات جيفرسون إلى تغذية الإلكترون بمقدار 4 مليار إلكترون فولت حتى وصل إلى 99.9999992% من سرعة الضوء وهي نسبة قريبة بشكل خارق لسرعة الضوء إلا أنها لازالت أصغر بجزء ضئيل ودقيق منها.
أما لمعرفة سرعة الإلكترون في الحالة الطبيعية في الذرات أي بدون تغذيته بطاقة إضافية فيمكننا أخذ ذرة الهيدروجين كمثال. الهيدروجين الموجود في المياه التي نشربها بشكل يومي يدور الإلكترون في ذرته بشكل طبيعي بسرعة 2.200 كم في الثانية أي ما يعادل 1% من سرعة الضوء إلا أنه لا يزال قادرا بشكل افتراضي على الدوران حول الأرض خلال 18 ثانية فقط.
التعليقات