Τελικά με πόσο πάει το φως;

Σε αυτό το άρθρο θα σπάσω τα στερεότυπα για άλλη μια φορά και θα συζητήσουμε για την ταχύτητα διάδοσης του φωτός. Ο γνωστός θείος Αλ τη βάφτισε c (από το αγγλικό constant που σημαινει σταθερά) και είπε πως είναι 299.792.458 m/s στο κενό, καθώς πηγαίνει από το σημείο Α στο σημείο Β. Την έχουμε μετρήσει όμως; Αν δεν είναι τόσο τι κάνουμε; Αρχικά να σας πω, ότι στην παρούσα φάση δεν αλλάζει και πολλά για έμας η ταχύτητα διάδοσης του φωτός. Όμως αν στους επόμενους αιώνες ξεκινήσουμε να αποικίζουμε το διάστημα, θα παίζει σημαντικό ρόλο. Αλλάζει όμως πιθανόν η αντίληψη μας για τον κόσμο γύρω μας. Η ταχύτητα είναι ένα διανυσματικό μέγεθος, δηλαδή έχει τιμή και κατεύθυνση. Μήπως λοιπόν η κατεύθυνση παίζει ρόλο στην τιμή; Για παράδειγμα ένας άνθρωπος κατεβαίνει πολύ πιο γρήγορα μια κατηφόρα, από ότι την ίδια ανηφόρα αν την ανεβαίνει. Για να μετρήσουμε το φως θα χρειαστούμε ένα λέηζερ, και δύο ρολόγια με φωτοπύλες.θα ρίξουμε με το λέηζερ, θα περάσει η ακτίνα από κάθε ρολόι και θα δούμε ποιες χρονικές στιγμές πέρασε, ύστερα θα διαιρέσουμε την μεταξύ τους απόσταση με τη χρονική διάρκεια που μέτρησαν τα ρολόγια και θα βρούμε την ταχύτητα. Σωστά; Όχι. Γιατί όχι όμως;

Γιατί τα ρολόγια θα πρέπει να είναι τέλεια συγχρονισμένα. Αυτό μπορεί να γίνει, αλλά αν κάποιο ρολόι ξεκινήσει να κινείται για να πάει στο σημείο Β, λόγω της ταχύτητας κίνησης του, θα αλλάξει ο χρόνος που μετράει. Αν τα βάλουμε και τα 2 στη μέση Μ και τα μετακινήσουμε στο Α και στο Β, εφόσον η ταχύτητα μπορεί να επηρεάζεται από την κατεύθυνση, μπορεί αυτά να μετράνε άλλους χρόνους και αν τα φέρουμε στο Μ πάλι για να τα ελέγξουμε να έχουν ακυρωθεί οι αποκλίσεις λόγω της αντίθετης κίνησής τους σε σχέση με πριν. Άρα δεν γίνεται να μετρήσουμε την ταχύτητα προς μια κατεύθυνση, αυτό που μετράμε όμως είναι η ταχύτητα να πάει κάπου το φως και να γυρίσει πίσω.

Για να αποφύγουμε το συγχρονισμό ρολογιών μπορούμε να μετρήσουμε πόσο χρόνο θα πάρει στην ακτίνα από το λέηζερ να περάσει από το ρολόι μας, να ανακλαστεί σε ένα καθρέφτη και να επιστρέψει πίσω στο ρολόι. Αυτό το πείραμα έχει γίνει και έχουμε μετρήσει ότι η μέση ταχύτητα που προκύπτει από το χρόνο που χρειάστηκε το φως να περάσει τις 2 φορές από το ρολόι μας, είναι c. Όμως αυτό δεν αποκλείει το ότι μπορεί να χρειάστηκε να ταξιδέψει με ταχύτητα c/2 προς τη μια κατεύθυνση και με άπειρη ταχύτητα προς την άλλη... Ας φανταστούμε ένα άλλο πείραμα που θα βγάζει ίσως περισσότερο νόημα. Εγώ έχω φύγει στον Άρη. Εσύ είσαι εδώ στη Γη. Φτάνω στον Άρη, καλλιεργώ πατάτες αλλά δεν έχω ρολόι και κάποια στιγμή μου στέλνεις ένα μήνυμα που λέει "Σε σκέφτομαι. Ώρα αποστολής: 12.00". Εγω γνωρίζω την απόσταση μεταξύ Γη-Άρη και λέω ότι εφόσον το φως ταξιδεύει με c ταχύτητα, θα χριάστηκε 10' να έρθει το μήνυμα, άρα ρυθμίζω το ρολόι μου και απαντώ "Και εγώ σε σκέφτομαι. Ώρα αποστολής: 12.10". Λαμβάνεις το μήνυμα και κοιτάς το ρολόι σου και η ώρα παράδοσης είναι 12.20, οπότε όλα καλά.

Αν όμως το φως δε διαδίδεται με την ίδια ταχύτητα προς όλες τις κατευθύνσεις τι θα άλλαζε στο πείραμα αυτό; Ας το δούμε ξανά. Μου στέλνεις ένα μήνυμα που λέει "Σε σκέφτομαι. Ώρα αποστολής: 12.00". Αν το φως ταξιδεύει με c/2 ταχύτητα, θα χρειάστηκε 20' να έρθει το μήνυμα, εγώ θεωρώ λάθος ότι ταξιδεύει με c ταχύτητα προς όλες τις κατευθύνσεις άρα ρυθμίζω το ρολόι μου και απαντώ "Και εγώ σε σκέφτομαι. Ώρα αποστολής: 12.10"., ενώ κανονικά η ώρα αποστολής είναι 12.20. Λαμβάνεις το μήνυμα και κοιτάς το ρολόι σου και η ώρα παράδοσης είναι 12.20, καθώς μπορεί προς αυτή την κατέυθυνση να κινείται με άπειρη ταχύτητα, οπότε όλα καλά. Όμως έτσι στις επικοινωνίες μας θα χάναμε στην πραγματικότητα 10λεπτα στον Άρη.

Αυτό μας επηρεάζει λοιπόν στην αντίληψή μας για την εικόνα του σύμπαντος, γιατί αν το φως κινούμενο προς κάποια κατεύθυνση κινείται με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα, μας οδηγεί να βλέπουμε το τώρα του άστρου που παρατηρούμε και όχι το παρελθόν του (που πιστεύουμε ότι βλέπουμε), αντίστοιχα αν κινείται με μικρότερη ταχύτητα, βλέπουμε ένα ακόμα πιο μακρινό παρελθόν του άστρου (από αυτό που πιστεύουμε ότι βλέπουμε). Το μόνο που μπορούμε να πούμε με σιγουριά είναι ότι το φως σε ένα ταξίδι "πήγαινελα" δείχνει να κινείται με μέση ταχύτητα c. Το πόσο έτρεχε στο πήγαινε και πόσο στο έλα, δυστυχώς για εμάς είναι ακόμα ένα μυστήριο...