Miért nem tudjuk elérni vagy túllépni a fénysebességet?

A fény sebessége, amely vákuumban hozzávetőlegesen 299 792 458 méter/másodperc, régóta izgatja nemcsak a tudósok, de a populáris kultúra érdeklődését és csodálatát egyaránt. A fénysebesség egy állandó, ami kulcsfontosságú szerepet játszik abban, ahogy a világegyetem fizikai törvényeit értelmezzük.

De miért pont a fény sebessége az a határ, amit nem lehet átlépni? Ennek a megválaszolásához érdemes megvizsgálni Einstein relativitáselméletét, valamint a fizika néhány alapvető elvét.

Einstein relativitáselmélete

A relativitáselmélet, amelyet Albert Einstein javasolt a 20. század elején, radikálisan megváltoztatta a térről és időről alkotott felfogásunkat. Az egyik fő feltételezése az, hogy a fény sebessége vákuumban minden megfigyelő számára azonos, függetlenül attól, hogy milyen sebességgel mozognak. Így a fény sebessége alapvető határértékké vált a fizikában, de miért is?

Tér, idő és tömeg

Amikor egy tárgy (mondjuk egy részecske) sebessége nő, a tömege is növekszik. Ahogy a fénysebességhez közelít, a test tömege végtelenül nagy lesz, ami végtelen mennyiségű energiát igényel a részecske további gyorsításához.

Éppen ezért a fénysebesség elérése vagy túllépése olyan erőforrásokat igényel, amelyek meghaladják a jelenlegi vagy akár a hipotetikusan lehetséges technológiákat. Más szóval, ahhoz, hogy egy részecskét fénysebességre gyorsítsunk, több energiát kellene felhasználnunk, mint amennyi az egész univerzumban van.

Az idő és annak lassulása

Einstein szerint furcsa időhatások jelentkeznek, amikor a fénysebességhez közelítünk. Tudjuk, hogy az idő lelassul egy olyan tárgy számára, amely a fénysebességhez közeli sebességgel mozog (idődilatáció). Az idődilatáció hatását számos kísérletben igazolták, beleértve a repülőgépeken lévő atomórákkal végzett pontos méréseket is. Ez a hatás egyben azt jelzi, hogy a fénysebesség elérése (elvileg) az idő teljes megállását is jelentené, ami a fizika jelenlegi felfogása alapján lehetetlennek tűnik.

Energia és információ

A fénysebességnek egy másik fontos aspektusa az információátadás korlátozása. A speciális relativitáselmélet szerint semmilyen információ vagy anyag nem terjedhet gyorsabban a fénynél.

Ez biztosítja az ok-okozati összefüggések stabilitását az univerzumban – az ok pedig mindig megelőzi az okozatot, ez biztosítja a fizikai folyamatok következetességét és kiszámíthatóságát.

Következtetés

Bár a tudományos modellek és technológiák gyorsan fejlődnek, a fénysebesség továbbra is áthághatatlan határ marad, legalábbis, ha a ma ismert fizikai törvényeket vesszük alapul.

Ma már a tudósok a vákuumban nem is feltétlenül a fénysebesség elérésével kísérleteznek, hanem inkább azon dolgoznak, hogy megértsék, miért pont akkora a fény sebessége, amekkora.

Ebből adódóan két komoly kérdés is foglalkoztatja őket:

• A fény sebessége vákuumban mindig 299 792 458 méter volt másodpercenként?
• Megváltozhat a fénysebesség értéke a jövőben?