Co by se stalo, kdyby byla rychlost světla mnohem nižší?
Světlo je nejrychleji se pohybující věc ve vesmíru. Co by se tedy stalo, kdyby byla rychlost světla mnohem, mnohem nižší?
Magazín Live Science přišel se zajímavou teorií ohledně rychlosti světla. Ve vakuu je rychlost světla přibližně 300 000 kilometrů za sekundu. Kdyby byla řádově pomalejší, lidé by okamžitě zpozorněli. Každý hráč počítačových her si může tento hypotetický scénář vyzkoušet ve hře, kterou vytvořil Gerd Kortemeyer, ředitel vývoje a technologií pro vzdělávání na ETH Zurich, univerzitě pro vědu, technologie, inženýrství a matematiku ve Švýcarsku, se svými kolegy.
Ve hře si můžete prohlédnout bizarní efekty změny barev a jasu, a dokonce i změny ve vnímané délce objektů, které by byly důsledkem mnohem nižší rychlosti světla.
I při našich nejvyšších rychlostech je člověk ve srovnání se světlem pomalý. „Nejvyšší rychlost, kterou člověk dosáhl, je asi 0,0037 % rychlosti světla a k dosažení těchto rychlostí potřebujete být v nějakém vesmírném plavidle,“ řekl Philip Tan, výzkumný pracovník MIT Game Lab.
Fyzikové však na základě myšlenkových experimentů zjistili, že by se děly neobvyklé věci, kdyby lidé mohli cestovat rychlostí blízkou rychlosti světla. Podle speciální teorie relativity Alberta Einsteina, která vysvětluje, jak rychlost ovlivňuje hmotu, čas a prostor, by se čas zpomalil, předměty bychom měřili jako kratší, když bychom kolem nich prosvištěli a u světla by se mimo jiné projevil Dopplerův jev.
Stejné změny by nastaly, kdyby se světlo místo toho, aby se lidé zrychlovali, zpomalovalo. V obou případech bychom se pohybovali rychlostí blízkou rychlosti světla.
Pomalejší rychlost světla
V době, kdy Kortemeyer působil jako hostující profesor na MIT, vytvořil spolu s kolegy z MIT Game Lab počítačovou hru, která měla ilustrovat, jak by svět vypadal, kdyby rychlost světla byla natolik pomalá, že by se speciální teorie relativity projevila v každodenním životě. Ve hře, která vyšla v roce 2012 a jmenuje se „A Slower Speed of Light“, hráč ovládá postavu, která sbírá koule podobné plážovým míčům. Pokaždé, když postava nasbírá jednu ze 100 koulí, rychlost světla se zpomalí.
Ve skutečnosti by se rychlost světla nezpomalovala tak, jak se to děje ve hře. Rychlost světla ve vakuu se nikdy nemění a je konstantní pro každého pozorovatele. Rychlost světla se však mění v závislosti na materiálech, kterými prochází, ale to nic nemění na účincích speciální teorie relativity ani na tom, jak je vnímáme.
Kdybychom však mohli být svědky speciální relativity, všimli bychom si změn barev, času, vzdálenosti a jasu a tým tyto efekty do hry zakomponoval.
Změny barev
Když se rychlost lidského pohybu přiblíží rychlosti světla, začne být patrný tzv. relativistický Dopplerův jev. Pro pochopení tohoto jevu si uvědomte, že světlo se chová jako částice i jako vlna. Jako vlna je charakterizováno svou vlnovou délkou neboli vzdáleností od hřebene k hřebeni, která určuje jeho barvu, a svou frekvencí neboli tím, kolik hřebenů projde za daný čas.
Co kdyby neexistovala gravitace?
Podobně jako se podle Dopplerova jevu při přibližování ke zdroji zvuku zdá, že se jeho frekvence neboli výška zvuku zvyšuje, protože hřebeny vlny se k vašemu uchu dostávají stále rychleji, tak se při přibližování ke zdroji světla zdá, že se jeho vlnová délka zkracuje, což posouvá zdánlivou barvu světla směrem k modrému a fialovému konci barevného spektra. Vzdalování se od objektu naopak posouvá jeho zdánlivou barvu směrem k červenému konci spektra.
Změny času a vzdálenosti
Snad jedním z nejznámějších efektů speciální teorie relativity je, že pro člověka pohybujícího se rychlostí blízkou rychlosti světla se čas zpomaluje. V tomto případě by člověk pohybující se rychlostí blízkou rychlosti světla stárnul pomaleji. Tento efekt se nazývá dilatace času.
Ve hře technicky vzato dochází k dilataci času, ale bez toho, abyste to měli s čím porovnat, to ve skutečnosti nic neznamená. Dilatace času nemusí být během hry patrná, ale na konci hry se hráčům zobrazí obrazovka s informací, že pro ně uplynulo méně času než pro nehybné hodiny. K dilataci času, stejně jako k dalším efektům speciální teorie relativity, dochází během hry, protože herní postava se pohybuje rychlostí blízkou rychlosti světla.
Foto: Miguel Bruna / Unsplash
Dalším efektem speciální teorie relativity je, že se zkracuje délka objektů pohybujících se rychlostí blízkou rychlosti světla – nebo nehybných objektů, když kolem nich svištíte rychlostí blízkou rychlosti světla. Tomuto jevu se říká kontrakce délky. Tento efekt je však komplikovaný. U objektů přibližujících se rychlostí blízkou rychlosti světla by mohlo docházet ke kontrakci délky a podle měření stacionárního pozorovatele by mohly být kratší, ale ve skutečnosti by se jeho očím jevily jako delší v důsledku jiného efektu speciální teorie relativity, který se nazývá efekt běhu.
Řekněme například, že se k vám blíží jízdní kolo. Světlo z přední části kola urazí k vašim očím kratší vzdálenost než světlo ze zadní části kola. V důsledku toho vidíte přední část kola tak, jak byla nedávno a zadní část kola tak, jak byla v minulosti, kdy bylo kolo dále. Díky tomu se kolo celkově zdá delší. Někdy může stejný efekt způsobit, že objekty vypadají pokřiveně. Jinými slovy, pokud by rychlost světla byla mnohem nižší, mohly by se objekty pohybující se rychlostí blízkou této rychlosti jevit stacionárním pozorovatelům delší a pokřivené.
Změny jasu
Když jdete v dešti, můžete si všimnout, že vpředu jste mokřejší než vzadu. Při chůzi v dešti se setkáváte s větším množstvím dešťových kapek, než kdybyste stáli na místě, ale přední část těla chrání zadní část před těmito dodatečnými dešťovými kapkami. Něco podobného by se stalo, kdybyste se pohybovali rychlostí blízkou rychlosti světla.
To proto, že světlo se někdy chová jako soubor částic, tzv. fotonů, které jsou jako malé světelné kapky. Když se v počítačové hře pohybujete směrem k nějakému objektu, zdá se vám jasnější, než když stojíte na místě, protože jdete do jeho fotonů. Tomuto jevu se říká efekt světlometu.
Když vše shrneme, změna rychlosti světla by na nás měla velký dopad a všechno by bylo naruby. Naštěstí se tohle dle fyziků stát nemůže a rychlost světla zůstane nadále stejná.
Zdroj: livescience.com