През 1676 г., като изучава движението на спътника на Юпитер – Йо, датският астроном Оле Рьомер изчислява, че светлината се движи с ограничена скорост.
Две години по-късно, базирайки се на данни, събрани от Рьомер, холандският математик и учен Кристиан Хюйгенс става първият човек, който се опита да определи действителната скорост на светлината, според Американския музей по естествена история в Ню Йорк.
Хюйгенс излиза с цифра от 131 000 мили в секунда (211 000 километра в секунда), число, което не е точно по днешните стандарти – сега знаем, че скоростта на светлината във „вакуума“ на празното пространство е около 186 282 мили в секунда (299 792 км в секунда) – но и неговата оценка направена през 17 век показва, че светлината се движи с невероятна скорост.
Според специалната теория на относителността на Алберт Айнщайн светлината се движи толкова бързо, че във вакуум нищо във Вселената не е способно да се движи по-бързо от нея.
„Не можем да се движим през вакуума на космоса по-бързо от скоростта на светлината“, потвърди Джейсън Касибри, доцент по аерокосмическо инженерство в Центъра за изследване на движението, Университета на Алабама в Хънтсвил.
„Технически, твърдението „нищо не може да се движи по-бързо от скоростта на светлината“ само по себе си не е съвсем правилно“, казва Клаудия де Рам, физик-теоретик от Imperial College London, пред Live Science. Но има някои предупреждения, които трябва да се вземат предвид, казва тя.
Светлината проявява както частици, така и вълнообразни характеристики и следователно може да се разглежда както като частица (фотон), така и като вълна. Това е известно като дуалност вълна-частица.
Ако гледаме на светлината като на вълна, тогава има „множество причини“, поради които някои вълни могат да пътуват по-бързо от бялата (или безцветна) светлина в среда, казва де Рам. Една такава причина, казва тя, е, че „тъй като светлината пътува през среда – например стъкло или водни капчици – различните честоти или цветове на светлината се движат с различни скорости.“
Най-очевидният визуален пример за това се случва в дъгите, които обикновено имат дългите, по-бързи дължини на червените вълни в горната част и късите, по-бавни виолетови дължини на вълната в долната част, според публикация от Университета на Уисконсин-Медисън.
Когато светлината преминава през вакуум обаче, същото не е вярно.
„Цялата светлина е вид електромагнитна вълна и всички те имат еднаква скорост във вакуум (3 x 10^8 метра в секунда). Това означава, че както радиовълните, така и гама лъчите имат една и съща скорост“, казва Рет Алейн, физик професор в университета в Югоизточна Луизиана, пред Live Science.
Според де Рам единственото нещо, което може да пътува по-бързо от скоростта на светлината, е, донякъде парадоксално, самата светлина, макар и само когато не е във вакуума на пространството. Трябва да се отбележи, че независимо от средата, светлината никога няма да надвиши максималната си скорост от 186 282 мили в секунда.
Според Касибри обаче, има нещо друго, което трябва да се има предвид, когато обсъждаме нещата, които се движат по-бързо от скоростта на светлината.
„Има части от Вселената, които се разширяват и отдалечават от нас по-бързо от скоростта на светлината, защото пространство-времето се разширява“, казва той. Например, космическият телескоп Хъбъл наскоро забеляза светлина на 12,9 милиарда години от далечна звезда, известна като Earendel. Но тъй като Вселената се разширява във всяка точка, Earendel се отдалечава от Земята от самото си образуване, така че галактиката сега е на 28 милиарда светлинни години от Земята.
В този случай пространство-времето се разширява, но материалът в пространство-времето все още се движи в границите на скоростта на светлината.
Ясно е, че нищо не се движи по-бързо от светлината, за която знаем, но има ли ситуация, при която това може да е възможно? Теорията на Айнщайн за специалната теория на относителността и последвалата му теория на общата теория на относителността са „изградени на принципа, че представите за пространство и време са относителни“, казва де Рам. Но какво означава това? „Ако някой [можеше] да пътува по-бързо от светлината и да носи информация със себе си, представата му за време би била изкривена в сравнение с нашата“, казва де Рам. „Може да има ситуации, в които бъдещето може да повлияе на миналото ни и тогава цялата структура на реалността ще спре да има смисъл.
Това би означавало, че вероятно не би било желателно човек да пътува по-бързо от скоростта на светлината. Но може ли някога да бъде възможно? Ще има ли някога време, когато сме способни да създаваме летателни съдове, които биха могли да транспортират материали – и в крайна сметка хора – през космоса с темп, който изпреварва скоростта на светлината? „Теоретиците са предложили различни видове мехурчета на основата на които биха могли да позволят пътуване по-бързо от светлината“, казва Касибри.
Но убеден ли е в нещо подобно де Рам? Това е точка, потвърдена и от Касибри. „Пренебрегвайки теорията на относителността, ако трябваше да ускорявате със скорост 1G [земната гравитация], ще ви отнеме една година, за да достигнете скоростта на светлината.
Въпреки това, никога няма да достигнете тази скорост, защото когато започнете да се приближавате до скоростта на светлината, вашата енергия на масата нараства, приближавайки се до безкрайност.
„Един от малкото известни възможни „чит кодове“ за това ограничение е разширяването и свиването на пространство-времето, като по този начин приближава вашата дестинация до вас. Изглежда, че няма фундаментално ограничение за скоростта, с която пространство-времето може да се разширява или свива, което означава, че може някой ден да заобиколи тази граница на скоростта.“
По същия начин Алейн е уверен, че е далеч по-бързо от светлината, но подобно на Касибри отбелязва, че ако хората искат да изследват далечни планети, може да не е необходимо да достигат такива скорости.
„Единственият начин, по който бихме могли да разберем, че се движи по-бързо от светлината, е да използваме някакъв вид червеева дупка в космоса“, казва Ален. „Това всъщност няма да ни накара да вървим по-бързо от светлината, но вместо това ще ни даде пряк път до някое друго място в космоса.“
Касибри обаче не е сигурен дали дупките на червеи някога ще бъдат реалистичен вариант. „Теоретизира се, че червеевите дупки са възможни въз основа на специално решение на уравненията на полето на Айнщайн“, казва той. „По принцип дупките на червеи, ако е възможно, биха ви дали пряк път от една дестинация до друга. Нямам представа дали е възможно да се изгради такава или как изобщо бихме го направили.“
„Можем да си представим, че ще комуникираме със скоростта на светлината със системи извън нашата Слънчева система“, казва де Рам. „Но изпращането на истински физически хора със скоростта на светлината е просто невъзможно, защото не можем да се ускорим до такава скорост“.
„Дори в една много идеалистична ситуация, в която си представяме, че можем да продължим да се ускоряваме с постоянна скорост – игнорирайки дори как бихме могли да достигнем технология, която би могла да продължи да ни ускорява непрекъснато – всъщност никога няма да достигнем скоростта на светлината“, добави тя. „Можем да се доближим, но никога няма да я достигнем“.
