จะเกิดอะไรขึ้นถ้าความเร็วของแสงต่ำกว่ามาก?

แสงเป็นสิ่งที่เคลื่อนไหวเร็วที่สุดในจักรวาล แล้วจะเกิดอะไรขึ้นถ้าความเร็วของแสงนั้นช้าลงมาก?

ในสุญญากาศความเร็วของแสงอยู่ที่ประมาณ 186,000 ไมล์ต่อวินาที (300,000 กิโลเมตรต่อวินาที) ถ้ามันเป็นคำสั่งของขนาดช้ากว่ามนุษย์ก็จะสังเกตเห็นทันที

นักเล่นเกมทุกคนสามารถสัมผัสกับสถานการณ์สมมุติฐานนี้ในเกมคอมพิวเตอร์ที่ Gerd Kortemeyer ผู้อำนวยการฝ่ายพัฒนาและเทคโนโลยีการศึกษาที่ ETH Zurich, วิทยาศาสตร์, เทคโนโลยี, วิศวกรรมและคณิตศาสตร์มหาวิทยาลัยในสวิตเซอร์แลนด์และเพื่อนร่วมงานของเขาสร้างขึ้น ในเกมคุณสามารถเห็นเอฟเฟกต์ที่แปลกประหลาดของการเปลี่ยนสีและความสว่างและแม้กระทั่งการเปลี่ยนแปลงในความยาวของการรับรู้ของวัตถุซึ่งจะเป็นผลมาจากความเร็วแสงที่ช้าลงมาก

ที่เกี่ยวข้อง:เกิดอะไรขึ้นถ้าโลกมีแหวน?

ความเร็วที่เฉื่อยชาของมนุษย์

แม้ในความเร็วที่เร็วที่สุดของเรามนุษย์ก็ช้าเมื่อเทียบกับแสง

“ มนุษย์ที่เร็วที่สุดที่เดินทางไปคือประมาณ 0.0037% ความเร็วของแสงและคุณต้องอยู่ในยานพาหนะในอวกาศเพื่อให้ถึงความเร็วเหล่านั้น” ฟิลิปตันนักวิทยาศาสตร์การวิจัยที่ห้องปฏิบัติการเกม MIT บอกกับ Live Science

แต่ด้วยการทำการทดลองทางความคิดนักฟิสิกส์ได้พิจารณาแล้วว่าสิ่งที่ผิดปกติจะเกิดขึ้นหากมนุษย์สามารถเดินทางด้วยความเร็วแสงใกล้แสง Kortemeyer ซึ่งเป็นศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยมิชิแกนสเตทกล่าว ตามอัลเบิร์ตไอน์สไตน์ทฤษฎีพิเศษสัมพัทธภาพ- ซึ่งอธิบายว่าความเร็วมีผลต่อมวลเวลาและพื้นที่ - เวลาจะช้าลงเราจะวัดวัตถุว่าสั้นลงเมื่อเราผ่านพวกเขาและเอฟเฟกต์ Dopplerจะปรากฏให้เห็นถึงแสงสว่างท่ามกลางการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ

รับการค้นพบที่น่าสนใจที่สุดในโลกที่ส่งตรงไปยังกล่องจดหมายของคุณ

การเปลี่ยนแปลงเดียวกันเหล่านั้นจะเกิดขึ้นหากแทนที่จะเป็นมนุษย์เร่งความเร็วแสงจะชะลอตัวลง ในทั้งสองกรณีเราจะเคลื่อนไหวด้วยความเร็วแสงใกล้

ความเร็วแสงช้าลง

ในขณะที่ Kortemeyer ทำงานเป็นศาสตราจารย์ที่มาเยี่ยมที่ MIT เขา Tan และเพื่อนร่วมงานที่ MIT Game Lab ได้สร้างเกมคอมพิวเตอร์เพื่อแสดงให้เห็นว่าโลกจะเป็นอย่างไรถ้าความเร็วของแสงช้าพอ ในเกมเปิดตัวในปี 2012 และเรียกว่า "ความเร็วแสงช้าลง"ผู้เล่นควบคุมตัวละครที่รวบรวมลูกกลมเหมือนลูกบอลชายหาดทุกครั้งที่ตัวละครรวบรวมหนึ่งใน 100 ลูกกลมความเร็วของแสงจะช้าลง

ในความเป็นจริงความเร็วของแสงจะไม่ช้าลงในแบบที่มันทำในเกม ความเร็วของแสงในสุญญากาศไม่เคยเปลี่ยนแปลงและคงที่สำหรับผู้สังเกตการณ์ทุกคน อย่างไรก็ตามความเร็วของแสงจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับวัสดุที่ผ่านมา แต่นั่นไม่ได้เปลี่ยนผลกระทบของสัมพัทธภาพพิเศษหรือวิธีที่เรารับรู้พวกเขา Kortemeyer กล่าว

อย่างไรก็ตามหากเราสามารถเห็นสัมพัทธภาพพิเศษเราจะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของสีเวลาระยะทางและความสว่างและทีมรวมเอฟเฟกต์เหล่านั้นไว้ในเกม

การเปลี่ยนสี

เมื่อความเร็วของการเคลื่อนไหวของมนุษย์เข้าใกล้ความเร็วของแสงสิ่งที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ doppler relativistic จะกลายเป็นที่รับรู้ได้ เพื่อทำความเข้าใจสิ่งนี้จำไว้ว่าแสงนั้นทำหน้าที่เป็นทั้งอนุภาคและคลื่น- ในฐานะที่เป็นคลื่นมันโดดเด่นด้วยความยาวคลื่นหรือระยะทางจากยอดถึงยอดซึ่งกำหนดสีและความถี่ของมันหรือจำนวนยอดผ่านในเวลาที่กำหนด

ที่เกี่ยวข้อง:เกิดอะไรขึ้นถ้าไม่มีแรงโน้มถ่วง?

เช่นเดียวกับวิธีที่ตาม Doppler Effect การเข้าใกล้แหล่งกำเนิดเสียงทำให้ความถี่หรือระดับเสียงดูเหมือนจะเพิ่มขึ้นเมื่อยอดคลื่นถึงหูของคุณเร็วขึ้นและเร็วขึ้น ในทางกลับกันการย้ายออกจากวัตถุเปลี่ยนสีที่ชัดเจนไปทางปลายสีแดงของสเปกตรัม โดยรวมแล้ว "สิ่งที่เข้ามาหาคุณดูบลูเออร์หรือสิ่งที่ขยับออกไปจากคุณดูแดง" Kortemeyer กล่าว

เปลี่ยนเวลาและระยะทาง

บางทีหนึ่งในเอฟเฟกต์ที่โด่งดังที่สุดของสัมพัทธภาพพิเศษคือสำหรับมนุษย์ที่เคลื่อนไหวใกล้ความเร็วของแสงเวลาช้าลง ในสถานการณ์นี้คนที่เคลื่อนไหวด้วยความเร็วแสงใกล้จะมีอายุช้ากว่า เอฟเฟกต์นี้เรียกว่าการขยายเวลา-

ในเกม "ในทางเทคนิคคุณกำลังประสบกับการขยายเวลา แต่ไม่มีอะไรที่จะเปรียบเทียบกับมันไม่ได้มีความหมายอะไรเลย" ตันกล่าว การขยายเวลาอาจไม่สามารถสังเกตเห็นได้ในระหว่างเกม แต่ในตอนท้ายผู้เล่นจะเห็นหน้าจอแจ้งให้พวกเขาทราบว่าเวลาน้อยลงสำหรับพวกเขามากกว่าผ่านนาฬิกาที่อยู่กับที่ Tan กล่าว การขยายเวลาเช่นเอฟเฟกต์อื่น ๆ ของสัมพัทธภาพพิเศษเกิดขึ้นในระหว่างเกมเพราะตัวละครของเกมเคลื่อนไหวใกล้กับความเร็วของแสง

ผลกระทบของสัมพัทธภาพพิเศษอีกประการหนึ่งคือความยาวของวัตถุที่เคลื่อนที่ใกล้ความเร็วของแสง - หรือวัตถุที่อยู่กับที่เมื่อคุณส่งเสียงพุ่งผ่านด้วยความเร็วแสงใกล้ - สั้นลง สิ่งนี้เรียกว่าการหดตัวของความยาว แต่ผลกระทบนั้นซับซ้อน Kortemeyer กล่าว วัตถุซูมที่ใกล้เคียงกับความเร็วของแสงอาจประสบกับการหดตัวของความยาวและอาจสั้นลงตามการวัดโดยผู้สังเกตการณ์ที่อยู่กับที่ แต่จริง ๆ แล้วพวกเขาจะปรากฏขึ้นอีกต่อไปกับดวงตาของบุคคลนั้นเนื่องจากผลกระทบอื่น ๆ ของสัมพัทธภาพพิเศษที่เรียกว่าเอฟเฟกต์รันไทม์

ตัวอย่างเช่นพูดว่าจักรยานกำลังมาหาคุณ แสงจากด้านหน้าของจักรยานมีระยะทางที่สั้นกว่าในการเดินทางไปยังดวงตาของคุณมากกว่าแสงจากด้านหลังของจักรยาน เป็นผลให้คุณเห็นด้านหน้าของจักรยานเหมือนเมื่อเร็ว ๆ นี้และด้านหลังของจักรยานเหมือนที่เคยเป็นในอดีตเมื่อจักรยานอยู่ไกลออกไป “ โดยรวมแล้วทำให้จักรยานปรากฏขึ้นอีกต่อไป” Kortemeyer กล่าว บางครั้งเอฟเฟกต์เดียวกันนี้สามารถทำให้วัตถุปรากฏตัวได้

กล่าวอีกนัยหนึ่งถ้าความเร็วของแสงช้าลงมากวัตถุที่เคลื่อนที่ใกล้ความเร็วนั้นอาจปรากฏขึ้นนานขึ้นและ/หรือแปรปรวนต่อผู้สังเกตการณ์ที่อยู่กับที่

ที่เกี่ยวข้อง:จะเกิดอะไรขึ้นถ้าโลกแบ่งปันวงโคจรกับดาวเคราะห์ดวงอื่น?

การเปลี่ยนแปลงความสว่าง

เมื่อคุณเดินท่ามกลางสายฝนคุณอาจสังเกตเห็นว่าคุณเปียกไปข้างหน้ามากกว่าด้านหลัง ในขณะที่คุณเดินลงไปในสายฝนคุณจะพบกับเม็ดฝนมากกว่าที่คุณยืนนิ่ง แต่ด้านหน้าของคุณปกป้องด้านหลังของคุณจากเม็ดฝนที่พิเศษเหล่านั้น สิ่งที่คล้ายกันจะเกิดขึ้นถ้าคุณเคลื่อนไหวใกล้ความเร็วของแสง Kortemeyer กล่าว

นั่นเป็นเพราะบางครั้งแสงจะทำตัวเหมือนชุดของอนุภาคที่เรียกว่าโฟตอนซึ่งเป็นเหมือนหยดเล็ก ๆ ของแสง เมื่อคุณย้ายไปที่วัตถุในเกมคอมพิวเตอร์มันจะสว่างกว่าเมื่อคุณยืนนิ่งเพราะคุณกำลังเดินเข้าไปในโฟตอน สิ่งนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ Searchlight

Mr. Tompkins ในดินแดนมหัศจรรย์

Kortemeyer และ Tan ไม่ใช่คนแรกที่จินตนาการถึงโลกที่มีความเร็วแสงช้าลง ในปี 1939 นักฟิสิกส์ George Gamow ตีพิมพ์หนังสือภาพเรียกว่า "Mr. Tompkins in Wonderland" ซึ่งตัวละครชื่อขี่จักรยานผ่านเมืองที่มีความเร็วแสงและประสบการณ์ความสัมพันธ์ที่ช้าลง Einstein“ ชอบหนังสือเล่มเล็ก ๆ เล่มเล็ก ๆ ” Kortemeyer กล่าว

นักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่คิดอย่างไรกับ "ความเร็วแสงช้าลง"? “ ความอยากรู้อยากเห็นอาจทำให้เขาเล่นในตอนแรกเนื่องจากหากนักประวัติศาสตร์ต้องเชื่อแล้วตอนอายุ 16 เขาถามว่าคุณจะเห็นสิ่งที่คุณกำลังขี่ลำแสงแสง - ซึ่งแน่นอนว่าคุณทำไม่ได้ แต่ในเกมคุณสามารถเข้าถึงความเร็วของแสงได้เกือบ” Kortemeyer กล่าว “ แต่แล้วฉันคิดว่าเขาจะเล่นวิดีโอเกมจนกว่าเขาจะป่วยหนักอย่างสิ้นหวัง - นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ยังคงขี้เล่น”

เผยแพร่ครั้งแรกใน Live Science