I vores univers er der nogle regler, der skal følges. Energi, bevægelsesmængde og moment bevares hver gang to kvanteobjekter interagerer. Der er en maksimal kosmisk hastighedsgrænse, som gælder for ethvert objekt.
Intet kan nogensinde overstige lysets hastighed, og intet med masse kan nogensinde nå den hastighed, der lyder på 299.792.458 m/s. Det skriver mediet Passione Astronomia.
Forskellige teorier
I de seneste årtier har forskere dog udviklet interessante teorier for at omgå denne grænse. Nogle har introduceret tachyoner, hypotetiske partikler, der endda kan overstige lysets hastighed. Tachyonerne skal dog have imaginær masse og findes ikke fysisk.
Relativitetsteorien siger, at en tilstrækkeligt fordrejet rumtid kunne skabe en form for ormehul, der skaber en kortere vej at krydse. Men vi har aldrig set et ormehul. Der er dog en måde at slå lysets hastighed på: ved at passere gennem et 'medium'.
Grænsen for lysets hastighed
Lad os starte med, at lys er en elektromagnetisk bølge. Det opfører sig også som en partikel. Når vi taler om dets udbredelseshastighed, er det meget mere nyttigt at tænke på det som en bølge, men som en bølge af oscillerende elektriske og magnetiske felter.
I vakuum er der intet, der forhindrer disse felter i at bevæge sig med den amplitude, de naturligt ville vælge, som er defineret af energi, frekvens og bølgelængde.
Når lys bevæger sig gennem et medium, hvilket vil sige ethvert område, hvor der er elektriske ladninger og muligvis elektriske strømme, møder disse elektriske og magnetiske felter en vis modstand mod deres frie udbredelse.
Hvis frekvensen forbliver den samme, betyder det, at bølgelængden skal ændre sig. Og da frekvensen ganget med bølgelængden er lig med hastigheden, betyder det, at lysets hastighed ændrer sig afhængigt af det medium, det bevæger sig gennem.
Uoverstigelig grænse?
Hvorfor siger vi, at man ikke kan overstige lysets hastighed i vakuum? Fordi i vakuum har lyset ikke andet valg end at bevæge sig med en enkelt hastighed: 299.792.458 m/s.
Det er også den hastighed, som enhver form for ren stråling (som gravitationsstråling) bevæger sig med, og også den hastighed, som enhver masseløs partikel skal bevæge sig med.
Men de fleste partikler i universet har en masse. Derfor er lysets hastighed i vakuum en grænse, man kun kan nærme sig uden nogensinde at nå.
Hvad sker der, når lyset passerer gennem et medium?
Lad os tage et prisme og forestille os lyset, der passerer gennem det. Når lys bevæger sig gennem et medium, påvirkes dets elektriske og magnetiske felter af den materie, det passerer igennem. Denne mekanisme ændrer den hastighed, hvormed lyset bevæger sig.
Det er også grunden til, at når vi ser lys træde ind eller ud af et medium eller passere fra et medium til et andet, ser det ud til at bøje. Selvom det er frit til at udbrede sig, har lys sin egen udbredelseshastighed, og dets bølgelængde afhænger stærkt af egenskaberne af det medium, det bevæger sig gennem.
Partiklernes skæbne
Dog oplever partikler en anden skæbne. Hvis en højenergi-partikel, der bevægede sig gennem vakuum, pludselig finder sig selv i at bevæge sig gennem et medium, vil dens adfærd være anderledes end lysets.
Partikler bevæger sig langsommere end lys i vakuum, men hurtigere end lys i forhold til det medium, de træder ind i. Dette er den eneste fysiske måde, hvorpå partikler kan overstige lysets hastighed. Når de gør det, udsender de en særlig type stråling, kaldet Cherenkov-stråling.
Når en ladet partikel passerer gennem et medium, kan den både kollidere med andre partikler og have en direkte effekt på det medium, den bevæger sig gennem. I det sidste tilfælde polariserer den partiklerne i mediet.
Lignende ladninger frastøder hinanden, og modsatte ladninger tiltrækkes i respons til den ladede partikel, der bevæger sig gennem mediet. Når den ladede partikel er væk, vender elektronerne tilbage til deres grundtilstand, og disse overgange forårsager lysudsendelse. Dette sker i vandtanke omkring atomreaktorer.
