Svetlo sa posúva po úplnej prázdnote priestoru a každú sekundu pokryje konštantných 299 792 458 metrov. Nie viac nie menej. Toto všetko sa zmení, keď je táto vlna elektromagnetizmu nútená prekonať elektromagnetické polia obklopujúce kúsky hmoty. Pri prechode cez túto močiaru sa môže celková rýchlosť svetla spomaliť na relatívne plazenie, píše portál ScienceAlert.
Tento jav napríklad vidíme v ohybe svetla, keď prechádza pohárom vody. Zatiaľ čo fyzici môžu opísať toto oneskorenie pomocou rovníc o svetle a elektromagnetizme z 19. storočia, ešte musia primerane zachytiť aj náhlu zmenu rýchlosti svetla medzi rôznymi médiami v meraniach fyzikálnych vĺn.
Základnú teóriu dali bokom
Trojica fyzikov z Tamperskej univerzity prišla s potenciálnym riešením tohto problému, ale až potom, ako prehodnotila niektoré pomerne zásadné princípy postupu svetelnej vlny v čase a jedinej dimenzii priestoru. „V podstate som našiel veľmi elegantný spôsob, ako odvodiť štandardnú vlnovú rovnicu v rozmeroch 1+1,” hovorí prvý autor štúdie, publikovanej v magazíne Optica, Matias Koivurova, ktorý aktuálne pôsobí na University of Eastern Finland.
„Jediný predpoklad, ktorý som potreboval, bol, že rýchlosť vlny je konštantná. Potom som si pomyslel: čo ak nie je vždy konštantná? Toto sa ukázalo ako naozaj dobrá otázka.” Rýchlosť svetla – alebo c, aby sme použili jeho skratku – je univerzálnym limitom pre informácie pohybujúce sa vo vákuu.
Zatiaľ čo hmota môže účinne spomaliť celkovú cestu častice, špeciálna teória relativity hovorí, že táto základná vlastnosť sa nemôže skutočne zmeniť. Fyzika si však niekedy vyžaduje občasný let fantázie, aby preskúmala nové miesta. Takže Koivurova spolu so svojimi kolegami Charlesom Robsonom a Marcom Ornigottim odložili túto nepohodlnú pravdu bokom, aby zvážili dôsledky štandardnej vlnovej rovnice, kde sa ľubovoľná svetelná vlna môže zrýchliť.
Postupné odhaľovanie
Spočiatku ich riešenie nedávalo veľký zmysel. Až keď pridali späť konštantnú rýchlosť ako referenčný rámec, kúsky mozaiky zapadli do seba.
Ak pošleš vesmírnu loď do hlbín vesmíru, jej pasažieri zažijú čas a vzdialenosť inak ako pozorovatelia, ktorí ich cestu sledujú z diaľky. Tento kontrast prichádza vďaka teórii relativity, ktorá bola znovu a znovu úspešne testovaná vo všetkých možných mierkach.
Zostavením zrýchľujúcej sa vlny proti konštantnej rýchlosti svetla vyzerali podivné efekty nového riešenia štandardnej vlnovej rovnice, ktoré vytvoril tím, rovnako ako účinky vyvolané teóriou relativity. Ich realizácia mala hlboké dôsledky na diskusiu o tom, či sa hybnosť svetelnej vlny pri prechode do nového média zvýšila alebo znížila.
„Ukázali sme, že z pohľadu vlny sa s jej hybnosťou nič nedeje. Inými slovami, hybnosť vlny je zachovaná,” hovorí Koivurova. Bez ohľadu na to, o akú vlnu ide, či je to v elektromagnetickom poli, vlnenie na rybníku alebo vibrácie po strune, miery relativity a zachovanie hybnosti musia byť zahrnuté do rovnice, keď naberajú rýchlosť.
Sklamanie pre fanúšikov cestovania v čase
Toto zovšeobecnenie malo mať ešte jeden dosť pozoruhodný, aj keď mierne neuspokojivý dôsledok. Či už sú to naši neohrození vesmírni cestovatelia, ktorí sa priblížia k Alfa Centauri zlomkom rýchlosti svetla, alebo ich smútiaca rodina pomaly starnúca späť na Zemi, každé z ich príslušných hodín odtiká v tom, čo sa považuje za správny čas.
Tieto dva časy sa nemusia zhodovať v dĺžke sekundy, ale každý je spoľahlivým meradlom plynutia rokov vo svojom vlastnom rámci. Fyzici tvrdia, že ak všetky vlny zažijú náležitú časovú starostlivosť spojenú s teóriou relativity, každá fyzika riadená vlnami by mala mať prísne časové smerovanie. Také, ktorú nemožno jednoducho vrátiť pre jednu časť.
Doteraz boli rovnice vyriešené len pre jednu dimenziu priestoru (a času). Bolo by tiež potrebné vykonať experimenty, aby sa zistilo, či táto perspektíva vĺn platí aj ďalej. Ak áno, naša spoločná cesta vesmírom je napokon skutočne jednosmerná a naše cestovanie v čase je jednoducho nemožné.