Er lyshastigheden konstant? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Er lyshastigheden kons...

27. september 2010

Er lyshastigheden konstant?

Hej Spørg om Fysik
Hvis vi kigger på lysets hastighed, har det normalt været en konstant Det benyttes bla. i Einstein's E=M*C2 , hvor c er = lysets hastighed. Jeg ved godt at formlen findes i en udvidet udgave, med og uden korrektionsfaktorer.

Noget af det sidste er, at man kan nedsætte hastigheden på lys. Hvorfor man må konkludere at lysets hastighed ikke er en konstant i forhold til reduktion af hastigheden. (Lys kan befinde sig i en lavere hastighed)

Sorte huller, der afbøjer og absorberer lyset, sætter nødvendigvis hastigheden op på lyset, da lyset jo bliver afbøjet ind mod centrum af det sorte hul, hvorfor den resulterende hastighed nødvendigvis må være forhøjet, og hvorfor lyset ikke helt eller delvis sendes videre (og der heller ikke er en begivenheds-horisont som er visuel). Hvorfor man må konkludere, at lysets hastighed ikke er en konstant i forhold til hastighedsforøgelse. (Lys kan befinde sig i en højere hastighed). Af dette, kan man konkludere, at lysets hastighed er en variabel, afhængig af påvirkninger.

Hvordan forklares dette fænomen? Hvor kan jeg evt. læse andres resultater og meninger om det? Hvis lys opnår en hastighed, hvordan forklares opnåelsen af denne hastighed, altså lysets acceleration og tilsvarende opbremsning af lyset?

Jeg har selv et bud, men er interesseret i, om andre er kommet frem til samme resultat. Da jeg ikke kan få det til at stemme med min opfattelse af eksisterende elementarfysik, har jeg måtte kigge på om der kan være en anden løsning end den almindelige opfattelse af universet.

(Jeg fatter ikke, at dem der har beskæftiget sig med strengteori, ikke er kommet frem til noget der ligner mit.) Jeg er før blevet bhuuuuet ud af klassen, :-D ved at påstå at lysets hastighed nødvendigvis ikke kan være den højest opnåelige, hvis universet skal hænge sammen, hvad det jo heldigvis gør :-) Derfor stiller jeg spørgsmålene "blindt", da jeg jo kan have overset noget og derfor tager fejl i mit billede af de universelle egenskaber.

 

Med Venlig hilsen
T H

Billedet fra forrige side viser en tegning af formen på gravitationsfeltet omkring en masse.

 

Lyshastigheden i det tomme rum, c=299.792.458 m/s, spiller en meget vigtig rolle i fysikken. Blandt andet er det dette c, der optræder i Einsteins berømte sammenhæng, E=mc2, mellem energien og massen for et hvilende legeme.

Det er korrekt, at formlen findes i en udvidet udgave. Hvis man betragter et legeme i bevægelse, og dette legeme har impulsen p, så er totalenergien af legemet givet ved

E =

Einsteins berømte sammenhæng fås heraf ved at sætte p=0.

Det er vigtigt at bemærke, at der ovenfor står "lyshastigheden i det tomme rum".

Lyshastigheden i medier er lavere end i det tomme rum (vakuum). Dette beskrives ved brydningsindekset.

  • Vand har et brydningsindeks på 1,33, hvilket betyder at lyset i vand bevæger sig med hastigheden v=c/1.33 = 225.408 km/sek.
     
  • I luft er brydningsindekset 1,00029. Her er lyshastigheden tæt på c men ikke helt: 299.703 km/sek.

At lyshastigheden er forskellig i forskellige medier, og at man på anden vis har lykkedes med at nedsætte lysets hastighed betyder intet for relativitetsteorien.

Det er som anført c, lyshastigheden i det tomme rum, der optræder i de relativistiske sammenhænge. Vi ved med stor præcision, at alt lys bevæger sig med samme hastighed i enhver retning i det tomme rum. Uden denne erkendelse, ville fx. det nu udbredte GPS-navigationssystem ikke fungere.

Massive og masseløse partiklers bevægelse i tomt rum 

Det er interessant, at det ikke er en speciel egenskab ved lyset, som sådan, der dikterer, at lys (i vakuum) bevæger sig med hastigheden c. Dette skyldes snarere en egenskab ved det 4-dimensionelle kontinuum vi befinder os i: den såkaldte rumtid, som består at de tre rummelige og den ene tidslige dimension. Faktisk er det sådan, at alle masseløse partikler nødvendigvis bevæger sig med hastigheden c. Og at alle massive partikler bevæger sig med en hastighed, der er mindre end c. Man kan accelerere en massiv partikel op til en hastighed, der ligger lige så tæt på c, som man ønsker (hvis man da ellers har råd til det nødvendige udstyr). Men man kan aldrig komme helt op på c.

Således bevæger protonerne i CERNs LHC-accelerator sig i dette øjeblik med en hastighed, som ligger 11 m/sek under c. Naturkostanten c er således at opfatte som den højest opnåelige hastighed for ethver legeme.

Og faktisk er det ikke kun legemer der er begrænset af denne hastighed. Generelt kan man vise, at intet informationsbærende signal kan bevæge sig med en hastighed, der overstiger c.

Lys bevæger sig på rette linjer

I Einsteins almene relativitetsteori beskrives tyngdekraften ved at rummet krummer. Det er ikke så let at forestille sig, at et 3-dimensionslt rum kan krumme, men går man én dimension ned, er det enkelt. Det velkendte eksempel er et stramt lagen på en nyopredt seng. Lægger man et tungt objekt på lagenet, vil dette krumme omkring objektet. I et krumt rum kan to punkter generelt forbindes med mere end én ret linje.

Tænk blot på nord- og sydpolen på den krumme 2-dimensionale jordoverflade. Der er faktisk udendelig mange rette linjer, der forbinder de to poler, nemlig længde-graderne. Nu vil man måske indvende, at længdegraderne ikke er rette linjer. Det er korrekt, at de krummer i det 3-dimensionelle rum, men i to dimensioner er de rette.

Tilsvarende vil der i et krumt 3-dimensionalt rum være mere end én ret linje, der forbinder to punkter.

Dette observeres helt konkret ved, at vi visse steder på himlen ser den samme galakse to (eller flere) nærtliggende steder. Lyset fra galaksen er simpelhen rejst af to (eller flere) veje fra galaksen til os.

Og begge (alle) de tilbagelagte veje er rette linjer i det 3-dimensionale rum. Hvad vi lærer af dette fænomen er, at der mellem os og den fjerntliggende galakse findes et meget tungt objekt (eventuelt et sort hul) som får rummet til at krumme. Som man vil kunne forstå, har lysets "afbøjning" i nærheden af tunge objekter intet med normal acceleration at gøre. Lyset bevæger sig på rette linjer. Denne afbøjning er dermed på ingen måde i uoverensstemmelse med at lyshastigheden er konstant.

Med venlig hilsen
Mogens Dam