Waarom gaan we niet boven de lichtsnelheid?

Dit artikel is een uittreksel uit het maandblad Science et Avenir – La Recherche No. 905-906 van juli-augustus 2022.

“Het is het resultaat van de speciale relativiteitstheorie”Roland Lehoucq, een astrofysicus bij de Atomic Energy Commission (Sclay) legt uit. In zijn eerste artikel uit 1905 ging Albert Einstein er al van uit dat de lichtsnelheid constant is, ongeacht het referentiekader, wat gelijk staat aan zeggen dat deze niet overschreden kan worden. Volgens de toen heersende Galileïsche fysica is dit slechts een schandalige veronderstelling, aangezien de snelheden verondersteld werden elkaar op te tellen.”

Om het te begrijpen moet je terug in de tijd gaan. Tot de 17e eeuw geloofden filosofen en wetenschappers dat de lichtsnelheid oneindig was, wat elke overschrijding onmiddellijk uitsloot. Aan het begin van de zeventiende eeuw bracht Galileo de hypothese van de eindige lichtsnelheid naar voren. Het zou dan eeuwen van pogingen vergen om te meten tot aan het einde van de 20e eeuw een internationale overeenkomst het op 299.792.458 m/s in een vacuüm bepaalde. En die snelheid verandert nooit, zoals de Amerikanen Albert Abraham Mickelson en Edward Morley onbedoeld aantoonden. Sinds Plato geloven wetenschappers dat de ruimte wordt ingenomen door een vloeistof met verschillende eigenschappen die ether wordt genoemd. In 1801 demonstreerde de Engelse natuurkundige Thomas Young het golfkarakter van licht, en het is logisch dat de ether het medium bleek te zijn waarin lichtgolven zich voortplanten, als een uitstulping in oceaanwater. In 1881 wilde Albert Abraham Michelson, die al snel vergezeld werd door Edward Morley, licht werpen op de beweging van de aarde in relatie tot deze ether.

Dit artikel is een uittreksel uit het maandblad Science et Avenir – La Recherche No. 905-906 van juli-augustus 2022.

“Het is het resultaat van de speciale relativiteitstheorie”Roland Lehoucq, een astrofysicus bij de Atomic Energy Commission (Sclay) legt uit. In zijn eerste artikel uit 1905 ging Albert Einstein er al van uit dat de lichtsnelheid constant is, ongeacht het referentiekader, wat gelijk staat aan zeggen dat deze niet overschreden kan worden. Volgens de toen heersende Galileïsche fysica is dit slechts een schandalige veronderstelling, aangezien de snelheden verondersteld werden elkaar op te tellen.”

Om het te begrijpen moet je terug in de tijd gaan. Tot de 17e eeuw geloofden filosofen en wetenschappers dat de lichtsnelheid oneindig was, wat elke overschrijding onmiddellijk uitsloot. Aan het begin van de zeventiende eeuw bracht Galileo de hypothese van de eindige lichtsnelheid naar voren. Het zou dan eeuwen van pogingen vergen om te meten tot aan het einde van de 20e eeuw een internationale overeenkomst het op 299.792.458 m/s in een vacuüm bepaalde. En die snelheid verandert nooit, zoals de Amerikanen Albert Abraham Mickelson en Edward Morley onbedoeld aantoonden. Sinds Plato geloven wetenschappers dat de ruimte wordt ingenomen door een vloeistof met verschillende eigenschappen die ether wordt genoemd. In 1801 demonstreerde de Engelse natuurkundige Thomas Young het golfkarakter van licht, en het is logisch dat de ether het medium bleek te zijn waarin lichtgolven zich voortplanten, als een uitstulping in oceaanwater. In 1881 wilde Albert Abraham Michelson, die al snel vergezeld werd door Edward Morley, licht werpen op de beweging van de aarde in relatie tot deze ether.

Volgens de Galilese gedachte zouden we, als het licht van een ster naar ons toekomt vanuit de richting tegengesteld aan de verplaatsing van de aarde, dat licht sneller moeten zien aankomen – we zullen het ontmoeten – dan wanneer het licht de aarde zou inhalen in zijn race in zijn baan. De baansnelheid van de aarde is ongeveer 30 km/s en de lichtsnelheid is ongeveer 300.000 km/s, de lichtsnelheid zou met ongeveer 0,01% moeten variëren, afhankelijk van de bron. Om het te bewijzen, werken Albert Abraham Michelson en Edward Morley aan de ontwikkeling van een interferometer – die in 1907 de eerste Nobelprijs voor natuurkunde zou verdienen. Zes jaar lang zouden de twee mannen een reeks experimenten op dit instrument uitvoeren, tevergeefs. Waar het licht ook vandaan komt, het lijkt een constante snelheid te hebben.

Dit is de observatie van Albert Einstein in 1905 in zijn speciale relativiteitstheorie. geleidelijk tegen Voor snelheid is de lichtsnelheid onafhankelijk van de beweging van de bron en waarnemer, ongeacht het referentiesysteem. Het begrip “referentiesysteem” kan als volgt worden geïnterpreteerd: u bevindt zich op de snelweg en een auto passeert u sneller dan u. Stong, je accelereert en al snel rijden de twee auto’s met dezelfde snelheid naast elkaar. In dit nieuwe referentiesysteem lijken de twee auto’s ten opzichte van elkaar vast te staan. Dat geldt niet voor licht, legt Albert Einstein uit, wiens snelheid hetzelfde blijft, ongeacht de referentiekaders! “Eigenlijk was het niet nodig om die veronderstelling over licht te makenbevestigt Roland aan Hawk. Door de relativiteit van Einstein te parafraseren om de fundamenten algemener te maken, zien we dat er een maximale snelheidsconstante is, ongeacht de frameverandering, een snelheid die de constante van Einstein kan worden genoemd. Het blijkt dat de experimenten van Michelson en Morley hebben aangetoond dat het een experiment met licht is. “

Een vreemd fenomeen is een uitzondering

De limiet niet bereikt tegen Het wordt regelmatig benaderd in de LHC (Large Hadron Collider), de deeltjesversneller van CERN in Genève, die een 27 kilometer lange ring vormt onder de Frans-Zwitserse grens. Daar versnellen de protonen in vacuüm tot 99,9999991% van de lichtsnelheid. Er is echter een vreemd fenomeen waardoor licht veel verder kan reizen … tenminste wanneer het wordt vertraagd door het medium waar het doorheen gaat. Dit is vooral het geval in water, waar het 75% van zijn snelheid roteert in een vacuüm. De deeltjes kunnen zich dan sneller voortplanten dan de fotonen en er treedt een fenomeen op dat vergelijkbaar is met dat van de geluidsbarrière. Wanneer een vliegtuig bijvoorbeeld de geluidssnelheid in de lucht (1224 km/u) overschrijdt, geeft het een schokgolf af die te horen is als een sonische “knal”. Het omzeilen van de lichtmuur produceert een lichtflits. Dit fenomeen wordt waargenomen in pools van kernreactoren die blauwachtig (of ultraviolet) licht uitstralen, het Cherenkov-effect genoemd, of Vavilov-Cherenkov naar de naam van zijn ontdekkers.

Dit was het eerste werk van Marie Curie dat al in 1910 deze straling liet zien van water dat was blootgesteld aan een radioactieve bron. Maar het zal tot 1934 moeten wachten voordat de Russische natuurkundigen Sergei Vavilov en Pavel Cherenkov de verklaring geven. Die in 1958 een tweede Nobelprijs verdiende. Dit Cherenkov-effect is ook de oorsprong van de vreemde lichtgevende luchtspiegeling in het gezichtsveld (fosfine) die door astronauten op de Apollo-missies werd gemeld: dit gebeurde toen deeltjes van de zonnewind het vloeibare gebied van hun oogbollen. “In de astrofysica wordt echter gezegd dat sommige superlichtgevende objecten, Roland zegt Lahouk. In 1981 hebben we jets waargenomen die werden uitgezonden door quasar 3C273, de helderste quasarster aan de hemel. Verrassend genoeg reisde deze materiestraal sneller dan het licht! Toen realiseerden we ons dat dit het resultaat was van een verkeerde interpretatie van de metingen, een soort optische illusie. “

De algemene relativiteitstheorie legt ook een verband tussen de massa en de energie van een deeltje en laat zien dat de energie van een deeltje met een massa die niet nul is toeneemt met zijn snelheid. Dit concept van inerte massa illustreert goed: hoe groter een object is, hoe meer energie het nodig heeft om het te verplaatsen en te versnellen. Dus om een ​​ruimtevaartuig de lichtsnelheid in een vacuüm te laten bereiken, zou onbeperkte energie nodig zijn.

In 1964 stelde de Amerikaanse natuurkundige Gerald Feinberg zich niettemin het bestaan ​​voor van deeltjes die constant boven de lichtsnelheid evolueren, tachyon (van het Griekse waarnemer snelle betekenis). Volgens hem zullen er dus drie klassen deeltjes zijn: deeltjes die langzamer reizen dan het licht (dat wil zeggen, bijna alle bekende deeltjes), deeltjes die met de snelheid van fotonen reizen en tenslotte deeltjes die zich extreem snel voortplanten.

“Het is een gedachte-experiment, een fysiek spel dat nog geen realiteit heeft, Roland zegt Lahouk. Dit stelt ons in staat om de consistentie van de theorieën te testen. “Als tachyons aanwezig zijn, zal dit tot een anomalie leiden. Volgens Gerald Feinberg kunnen tachyons naar het verleden of de toekomst gaan – zoals gedefinieerd door de Newtoniaanse mechanica. In sommige sciencefictionwerken worden ze gebruikt om berichten in de toekomst of het verleden om het heden te wijzigen.” “Dit is in strijd met het causaliteitsbeginsel dat aan het effect voorafgaat, Roland Lahouk merkt op. Maar er is geen natuurkunde zonder oorzakelijk verband! “