دکتر حسن بلوری، برلین، ۲۰۲۶٫۱۰٫۱۶
’سرعت نور‘ را نمی‌توان به‌خاطر حرکت سریع آن با یک عکس سنتی ثبت کرد. اما، دانشمندان توانسته‌اند با استفاده از دوربین‌هایی با نرخ تریلیون فریم در ثانیه، تصاویر متوالی‌ای خلق کنند که فوتون‌ها (ذرات نور) را در حال حرکت نشان می‌دهند. تصویر بالا یک تصویری هنری است.۱
The ‘speed of light’ constant
نظریه نسبیت، فضا و زمان را به یک ساختار یکپارچه و پیوسته به نام فضازمان پیوند می‌زند. ساختاری که در آن سرعت نور به‌عنوان یک ثابت بنیادینِ جهانشمول عمل می‌کند. این ثابت نه تنها در ساختار هندسهٔ کیهان نقش دارد، بلکه تعیین کننده‌ٔ حداکثر سرعت مجاز برای علت و معلول و ضریب تبدیل جرم و انرژی به یکدیگر است.
فشرده
سرعت نور یکی از ۴ ثابت بنیادین فیزیک، جنب ثابت گرانش، ثابت بولتزمن و ثابت پلانک است. ثابت‌های چهارگانه‌ای۲ که بنیانِ فیزیک و جهان‌بینی فیزیکی ما را تشکیل می‌دهند.
اصطلاح ‘سرعت نور‘ انتخاب نامناسب و محدودی است، زیرا از اهمیت بنیادین این ثابت برای سایر حوزه‌ها می‌کاهد و بر خلاف نامش تنها به نور محدود نمی‌شود. چراکه هر موج یا ذره دیگری هم که مانند ذرات نور (فوتون‌ها) بدون جرم باشد با همین سرعت انتشار می‌یابد، از جمله امواج گرانشی. سرعت مربوطه فقط یکی از ویژگی‌های این ثابت است.۳
ثابتِ سرعت نور به‌عنوان یک اصل در نظریه نسبیت می‌گوید: قوانین فیزیک در تمام دستگاه‌های مرجع لخت۴ (با سرعت ثابت و یکنواخت) شکل یکسان دارند. یعنی، در این موارد قوانین فیزیک تابع سرعت ثابت دستگاه مرجع نیستند. به عبارت دیگر، هیچ چارچوب ’مرجع مطلقی‘ در کیهان وجود ندارد که بتوان آن را ‘ ثابت مطلق‘ دانست.
سرعت نور یک سرعت متداول نیست. چراکه در سرعت‌های رایج می‌توان اندازه‌ی آنها را با هم جمع یا تفریق کرد. اما، در مورد سرعت نور چنان امکانی وجود ندارد. به این دلیل که سرعت نور در خلاء به‌عنوان یک ثابت بنیادین مستقل از منبع نور و سرعت سنجشگر۴ است. سرعت نور بالاترین سرعت برای انتقال اطلاعات در کیهانِ قابل مشاهده می‌باشد.۵
فوتون‌ها به خاطر عاری بودن از جرم ساکن، ذراتی سیار محسوب نمی‌شوند. در واقع، آن‌چه انتشار می‌یابد، نه ذرات فوتون بلکه امواج الکترومغناطیسی است. از دیدگاه ذره فوتون، فاصله‌ای در زمان طی نمی‌شود. در نتیجه، مفهوم کلاسیک فاصله در واحد زمان برای فوتون به‌طور کامل فرومی‌پاشد.۳ در یک چنین حالتی لازم است به این پرسش‌ها پاسخ داده شود: فوتون چیست، چگونه شکل می‌گیرد و با چه روش‌هایی می‌توان آن را تولید کرد؟
فوتون یک ذره بنیادین، یک انرژی کوانتوم، است. این ذره بدون ساختار داخلی، بدون جرم ساکن، غیرسیار و غیرقابل تقسیم به اجزاء دیگر است. این ویژگی‌ها چه اسراری را از جهان هستی فاش می‌کنند؟
گاهی، صحبت از ’فوق‌سرعت نور‘ است. آیا چنین چیزی صحت دارد؟ به‌ویژه، وقتی‌که می‌دانیم حداکثر سرعت کنش و واکنش‌ها در کیهان، کمیتی ثابت و برابر با سرعتِ انتشار امواج الکترومغناطیسی، حدود سیصدهزارکیلومتر در ثانیه، است. از این‌رو، آیا می‌توان چیزی به نام ’فوق‌سرعت نور‘ را پذیرا بود؟ پاسخ به‌نظر چنین باشد: شاید برای کیهان به‌عنوان یک سیستم یکتا و فضاهای میان کهکشان‌های دور در آن.
در این مقاله می‌خواهیم، پس از ببان تاریخچه ثابت ’سرعت نور‘، کارکردهای آن را در زمینه‌های مختلف توضیح دهیم و در ادامه به ویژگی‌ها، روش‌های تولید فوتون، چیستی ذره فوتون و چگونگی شکل‌گیری آن بپردازیم.
به کانال تلگرام سایت ملیون ایران بپیوندید