איך מודדים את מהירות האור?
האור המגיע אלינו מן הכוכבים יצא משם לפני אלפי ואפילו מיליוני שנים, כך שרק עכשיו אנחנו רואים מה קרה בהם אז. על מהירות האור והאפשרות התיאורטית של מסע אל העבר
תארו לכם שהאור היה נע באיטיות רבה. מה היה קורה? כשהיינו מרימים את המתג, היינו צריכים להמתין כמה שניות בחושך עד שהאור היה מגיע מהנורה לעינינו. לדבר עם מישהו היה עניין ממש מצחיק: בהתחלה היינו שומעים את קולו, ורק אחרי כמה שניות שפתיו היו זזות.
ומה לגבי נסיעה ממקום למקום? הכביש היה הופך למקום הרבה יותר מסוכן אם היינו מבחינים במכונית שממול רק אחרי שהתנגשנו בה! למזלנו הרב, כל הדברים האלה אינם מתרחשים במציאות רק בזכות עובדה פשוטה אחת - האור נע במהירות גבוהה מאוד.
הראשון שביקש למדוד את מהירות האור, לפני קצת פחות מ-400 שנה, היה גלילאו גליליי. הוא היה זקוק רק לעצמו ולאיש זריז אחד נוסף. תחילה, שניהם עמדו במרחק קצר זה מזה, כשהם אוחזים עששיות מכסות, ששימשו כפנסים.
הניסוי התנהל כך: גליליאו הזיז את הכסוי, וברגע שהעוזר ראה את אור העששית, גם הוא הזיז את הכיסוי של העששית שלו. כעת גליליאו היה צריך להעריך את הזמן שעבר מהרגע שהוא הזיז את הכיסוי של העששית שלו עד שהוא ראה את אור העששית של חברו. זה הזמן שלוקח לאור לנוע מגליליאו לעוזר ובחזרה.
לאחר מכן, העוזר הזריז היה צריך לרוץ לגבעה מרחקת והם ביצעו שוב את הניסוי. גליליאו קיווה למדוד את מהירות האור בעזרת מדידת משך הזמן שלוקח לאור לנוע הלוך וחזור לאורך מספר קילומטרים, כי הרי מהירות היא מרחק חלקי זמן.
גליליאו נדהם לגלות שהאור הגיע אליו כמעט מיד בשני המקרים, וההשהיה היחידה נבעה מזמן התגובה שלו ושל העוזר המסור. איך זה ייתכן? האם האור מתקדם במהירות אינסופית? לא, לימים התברר שהניסוי נכשל מסיבה פשוטה: הגבעות היו קרובות מדי, והזמן שלקח לאור להגיע מבעל הפנס לחברו היה כל כך קצר, שללא טכנולוגיות מתקדמות יותר, שלא היו קיימות באותם ימים, אי אפשר היה למדוד אותו.
מודדים את מהירות האור
הניסוי של גליליאו היה יכול להצליח אם הוא ועוזרו היו עומדים קצת יותר רחוק זה מזה. לדוגמה, אם אחד מהם היה עומד על הירח: האור היה עושה את דרכו מכדור הארץ לירח ובחזרה בשתי שניות וחצי בערך, ואת הזמן הזה כבר לא כל כך קשה למדוד.
כמה עשרות שנים אחרי הניסוי של גליליאו המשיך המדען הדני אולה רמר את המסע למדידת מהירות האור. בשנת 1676 הוא חקר את איו, אחד מירחיו של צדק, וגילה שלאור לוקח זמן מסוים להגיע מצדק ומאיו לעיניו על כדור הארץ.
כיצד הוא הגיע למסקנה המהפכנית הזו? בשיטה מתחכמת מאוד: הוא מדד את זמן ההקפה של איו סביב צדק ומצא שהזמן מתקצר כשכדור הארץ נמצא בתנועה לכיוון צדק, לאורך המחזור שלו סביב השמש, ומתארך כשכדור הארץ מתרחק מצדק.
הפרש הזמנים לא נבע משינוי פתאומי בהתנהגותו של איו, אלא מהזמן הנוסף עד שהאור מגיע לכדור הארץ כשהוא מתרחק מצדק. רמר חשב שמהירות האור היא כ-220 אלף קילומטרים בשנייה. בשנת 1728 הגיע הפיזיקאי הבריטי ג'יימס ברדלי לתוצאה מדויקת יותר וקבע שמהירות האור היא כ-301 אלף קילומטרים בשנייה.
כמה זמן לוקח לאור הכוכבים להגיע לכדור הארץ? (צילום: נאס"א)
פרופסור אלברט אינשטין, השתמש במושג מהירות האור בריק, שסימן באות c, לפיתוח תורת היחסות. אינשטיין קבע שמהירות האור בריק היא הגבוהה ביותר בטבע ואין דבר הקיים היום, או שייוצר באמצעות טכנולוגיה עתידנית כלשהי, שיכול לשבור את השיא הזה. בנוסף לכך הוא טען שמהירות האור בריק קבועה, כלומר כולם רואים את האור נע באותה מהירות, בין אם הם מתקרבים למקור האור ובין אם הם מתרחקים ממנו.
המדידה המדויקת ביותר של מהירות האור נעשתה בשנת 1972, אז הודיע צוות חוקרים מארצות הברית שהיא 299,792.458 מטרים בשנייה, אבל אם לא נדרש דיוק גבוה המדענים משתמשים במהירות מקורבת של 300 אלף קילומטרים בשנייה לצורך החישובים שלהם, וזה מספר שבהחלט כדאי לזכור.
הנוסע בזמן
באסטרונומיה מודדים מרחקים גדולים מאוד על פי הזמן שלוקח לאור לעבור אותם. שנת אור היא המרחק שהאור עובר בשנה, וזה החישוב: בשנה שלמה יש 365 או 366 יממות, וביממה 24 שעות, ובכל שעה 60 דקות, ובדקה אחת 60 שניות, כך שבשנה נכנסות קצת יותר מ-31 מיליון שניות.
אם בכל אחת מהשניות הללו האור מתקדם 300 אלף קילומטרים, הרי שבשנה שלמה הוא עובר כ-9 ביליון וחצי (ביליון הוא מיליון מיליונים) קילומטרים! בהחלט מרשים.
מהירות האור
מדענים: הצלחנו לשבור את מחסום מהירות האור
אבי בליזובסקי, "הידען"
שני חוקרים גרמנים ערכו ניסוי, בו פוטונים שעברו מרחקים שונים הגיעו לגלאים בו זמנית, לטענתם הם הצליחו לעבור את מהירות האור
האור היוצא מהשמש, לדוגמה, עובר כ-150 מיליון קילומטרים עד שהוא מגיע לכדור הארץ. את המרחק העצום הזה עושה השיאן הבין גלקטי שלנו ב-8 דקות ו-19 שניות. במילים אחרות, השמש רחוקה קצת יותר מ-8 דקות אור מכדור הארץ.
יש כוכבים המרוחקים מאיתנו אלפי ואף מיליוני שנות אור, כלומר לאור היוצא מהם לוקח אלפי או מיליוני שנים להגיע אלינו. זה אומר שכשאנו מביטים בלילה אל השמים, ולעינינו מגיע אור של כוכב הנמצא 100 מיליון שנות אור מכדור הארץ, מדובר באור שיצא מהכוכב לפני מאה מיליון שנים ורק עכשיו הוא כאן. כך שאנחנו בעצם רואים את הכוכב כפי שנראה לפני מאה מיליון שנה.
יתכן בהחלט שהיום הוא נראה אחרת לגמרי, או שאולי הוא כבר לא קיים. זו מסקנה די מדהימה: כאשר אנו מביטים בטלסקופ באזורים רחוקים בחלל אנחנו בעצם מסתכלים אחורה בזמן, ומביטים אל העבר.
רגע אחד, אולי נחשוב על המקרה ההפוך? אולי ברגע זה ממש יושב לו חיזר אינטליגנטי לצד טלסקופ משוכלל ביותר, על כוכב לכת המרוחק מאיתנו 100 מיליון שנות אור, ומביט לעבר כדור הארץ? אין טעם לנפנף לו לשלום, הוא לא רואה אתכם. אותו חייזר רואה את כדור הארץ כפי שנראה אז, עם המון סוגים של דינוזאורים פרהיסטוריים מטיילים בשלווה ביערות גשם ירוקים.
אבל זה עוד לא הכול: מכשירים רגישים על כדור הארץ קולטים באופן קבוע קרינה שעברו כ-13.7 מיליארד שנה עד שהגיעה אלינו, ובעזרתה אנו יודעים איך נראה היקום בעבר הרחוק מאוד, פחות מ-400 אלף שנה אחרי המפץ הגדול, הרגע שבו נוצר היקום.
הכתבה פורסמה בגיליון מרץ של המגזין "גליליאו צעיר".
לפנייה לכתב/ת 
איינשטיין: מהירות האור קבועה בריק
צילום: לע"מ
