Жарық жылдамдығы туралы 17 қызықты дерек – Ғаламда асып өту мүмкін емес шек

Физика ғылымы бірнеше ғасыр бойы адамдардың мызғымас шындық деп санаған түсініктерін қайта қарауға мәжбүр етті. Әуелі Жер Күнді айналатыны анықталды. Кейін кеңістік пен уақыт абсолютті ұғымдар емес екені белгілі болды. Ғалам туралы түсінікті түбегейлі өзгерткен жаңалықтардың бірі – табиғаттағы ең жоғарғы жылдамдық шегінің анықталуы. Бұл шектен ешбір дене, ешбір сигнал және ешбір энергия түрі аса алмайды. Вакуумдағы жарық жылдамдығы шамамен 299 792 километр секундқа тең. Бұл тек электромагниттік сәулеленудің қасиеті ғана емес. Ол кеңістік пен уақыттың өз табиғатына тән іргелі тұрақты болып табылады. Бұл тұрақты қазіргі физиканың барлық теңдеулерінде кездеседі. Ол шындықтың ең терең деңгейдегі құрылымын анықтайды. Төмендегі он жеті дерек осы ұғымның маңызын кеңірек түсінуге көмектеседі.

1. Вакуумдағы жарық жылдамдығы дәл 299 792 458 метр секундқа тең деген дерек бар. Бұл мән анықтамалық тұрақты болып саналады. 1983 жылдан бастап «метр» ұзындық бірлігі дәл осы шама арқылы анықталады. Сондықтан жарық жылдамдығы енді өлшенетін шама емес. Ол математикалық тұрғыдан дәл белгіленген тұрақты.
2. Бір секунд ішінде жарық Жер шарын экватор бойымен жеті рет айналып өте алады деген дерек бар. Экватор ұзындығы шамамен 40 075 километрге тең. Ал жарық сәулесі бір секундта үш жүз мың километрге жуық қашықтықты өтеді. Мұндай жылдамдық адам санасына бір сәттік қозғалыс сияқты әсер етеді. Бірақ шын мәнінде оның нақты шегі бар.
3. Жарық Жерден Айға шамамен 1,3 секундта жетеді деген дерек бар. Біздің планетамыз бен серігінің арақашықтығы орта есеппен 384 400 километр. Осы себепті Ай бетінде жұмыс істейтін ғарышкерлермен байланыс кезінде радиосигналда кідіріс пайда болады. Ал Күннен Жерге дейінгі жол әлдеқайда ұзақ. Күн сәулесі бұл қашықтықты шамамен сегіз минут жиырма секундта өтеді.
4. Жарық жылдамдығын алғаш өлшеген ғалым дат астрономы Оле Рёмер болған деген дерек бар. Ол 1676 жылы Юпитердің серіктерін бақылаған. Ғалым Ио серігінің тұтылуы кейде кешігіп, кейде ертерек болатынын байқаған. Бұл айырмашылықты жарықтың қосымша жолды өту уақытымен түсіндірді. Осылайша ол шамамен 220 000 километр секундқа тең алғашқы бағалауды ұсынды.
5. Эйнштейннің арнайы салыстырмалылық теориясы жарық жылдамдығын абсолютті шек ретінде көрсетті деген дерек бар. Бұл теория 1905 жылы жарияланған. Теңдеулерге сәйкес дене жылдамдығы артқан сайын оның массасы өседі. Жылдамдық жарық жылдамдығына жақындаған сайын масса шексіздікке ұмтылады. Сондықтан массасы бар денені жарық жылдамдығына дейін үдету үшін шексіз энергия қажет.
6. Жоғары жылдамдықпен қозғалған дене үшін уақыт баяу өтеді деген дерек бар. Бұл құбылыс салыстырмалы уақыт баяулауы деп аталады. Ол тек теориялық ұғым емес. Көптеген тәжірибелер арқылы дәлелденген. Ұшақтар мен жер серіктеріндегі атомдық сағаттар Жердегі сағаттарға қарағанда баяуырақ жүреді.
7. Фотондар деп аталатын жарық бөлшектерінің тыныштық массасы болмайды деген дерек бар. Олар тек қозғалыс күйінде ғана өмір сүре алады. Фотонды толық тоқтату мүмкін емес. Ол жойылған жағдайда ғана жоғалады. Масса болмағандықтан фотондар ең жоғарғы жылдамдықпен тарай алады.
8. Жарық мөлдір заттардың ішінде баяу қозғалады деген дерек бар. Мысалы суда жарық жылдамдығы шамамен 225 000 километр секундқа тең. Шыныда бұл мән одан да төмен болады. Ал алмаз ішінде шамамен 125 000 километр секундқа дейін төмендейді. Вакуумдағы жылдамдық пен ортадағы жылдамдықтың қатынасы сыну көрсеткіші деп аталады.
9. Кейбір жағдайларда бөлшектер ортадағы жарықтан жылдамырақ қозғала алады деген дерек бар. Егер зарядталған бөлшек зат ішіндегі жарықтан тез қозғала бастаса, ерекше сәуле пайда болады. Бұл құбылыс Черенков сәулеленуі деп аталады. Ол ядролық реакторлардың суында байқалатын көгілдір жарқыл ретінде көрінеді. Бұл құбылыс салыстырмалылық теориясына қайшы келмейді.
10. Астрономдар алыстағы нысандарды бақылай отырып өткенді көреді деген дерек бар. Ең жақын жұлдыз Проксима Центаврдан шыққан жарық Жерге төрт жылдан астам уақытта жетеді. Құс жолы галактикасының ортасынан келген сәуле шамамен 26 000 жыл жүреді. Ал ең алыс галактикалардың жарығы миллиардтаған жыл бойы сапар шегеді. Сондықтан телескоптар Ғаламның өте көне кезеңдерін көрсетеді.
11. Ғалам кеңейген кезде галактикалар жарық жылдамдығынан тез алыстауы мүмкін деген дерек бар. Бұл құбылыс физикалық заңдарға қайшы емес. Себебі кеңейетін – кеңістіктің өзі. Нысандар кеңістіктің ішінде жарықтан тез қозғала алмайды. Бірақ кеңістік матасының созылу жылдамдығына шектеу қойылмайды.
12. Эйнштейннің жарық сәулесін қуып жету туралы ой тәжірибесі салыстырмалылық теориясының пайда болуына себеп болған деген дерек бар. Болашақ ғалым он алты жасында ерекше сұрақ қойған. Егер бақылаушы жарық толқынымен бірдей жылдамдықпен қозғалса не көреді. Осы ой оны ұзақ уақыт толғандырды. Ақырында бұл сұрақ жаңа теорияның негізіне айналды.
13. Астрономияда қашықтықты өлшеу үшін жарық жылы ұғымы қолданылады деген дерек бар. Бір жарық жылы – жарықтың бір жылда жүріп өтетін қашықтығы. Бұл шамамен 9,46 триллион километрге тең. Осындай бірлік ғарыштық өлшемдерді түсіндіруді жеңілдетеді. Өте үлкен сандарды қолдануға қажеттілік азаяды.
14. Гравитациялық толқындар да жарықпен бірдей жылдамдықпен тарайды деген дерек бар. 2017 жылы LIGO детекторы екі нейтрон жұлдызының бірігуін тіркеді. Гравитациялық сигнал мен гамма сәулесінің жарқылы Жерге шамамен бір уақытта жетті. Айырмашылық екі секундтан аз болды. Ал бұл сигнал 130 миллион жарық жылы қашықтықтан келген.
15. Кванттық шатасу құбылысы ақпарат бірден беріледі деген әсер қалдыруы мүмкін деген дерек бар. Екі бөлшек кванттық түрде байланысқан кезде біреуінің күйін өлшеу екіншісіне әсер етеді. Бұл әсер кез келген қашықтықта байқалады. Бірақ мұнда нақты ақпарат жарықтан жылдам берілмейді. Себебі өлшеу нәтижелері кездейсоқ сипатқа ие.
16. «Варп қозғалтқышы» сияқты теориялық модельдер жарық шегін айналып өтуді ұсынады деген дерек бар. Мексикалық физик Мигель Алькубьерре 1994 жылы осындай модель ұсынды. Бұл идея бойынша ғарыш кемесінің алдында кеңістік сығылады. Ал артында кеңістік кеңейеді. Кеме жергілікті кеңістікте тыныш күйде қалады.
17. Жарық жылдамдығы физикадағы ең танымал теңдеудің негізгі тұрақтысы болып табылады деген дерек бар. Эйнштейн шығарған E=mc² формуласы энергия мен массаны байланыстырады. Бұл теңдеуде жарық жылдамдығының квадраты пайдаланылады. Сондықтан аз ғана масса орасан энергияға айнала алады. Осы принцип ядролық энергетикада қолданылады.

Жарық жылдамдығы – физика оқулығындағы қарапайым сан ғана емес. Ол Ғаламның құрылымына терең енгізілген іргелі шек болып табылады. Бұл шама атомдардың құрылымынан бастап галактикалардың тағдырына дейінгі көптеген құбылыстарды анықтайды. Оны түсіну кеңістік пен уақыт туралы күнделікті түсініктерді өзгертеді. Болашақта кванттық гравитация немесе жолақ теориясы жаңа мәліметтер беруі мүмкін. Мүмкін олар бұл шектің табиғатын тереңірек түсіндіреді. Бірақ қазіргі уақытта жарық жылдамдығы табиғаттағы ең дәл анықталған әрі ең маңызды тұрақтылардың бірі болып қала береді.