Γιατί η ταχύτητα φωτός είναι ίδια σε όλα τα αδρανειακά πλαίσια των αναφορών;
Ακολουθεί μια κατανομή του γιατί συμβαίνει αυτό:
1. Οι εξισώσεις του Maxwell:
* Στα τέλη του 19ου αιώνα, ο James Clerk Maxwell διατύπωσε ένα σύνολο εξισώσεων που περιγράφουν τη συμπεριφορά του ηλεκτρικού ρεύματος και του μαγνητισμού. Αυτές οι εξισώσεις προέβλεπαν την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, τα οποία ταξιδεύουν με συγκεκριμένη ταχύτητα (η ταχύτητα του φωτός).
* Η ταχύτητα του φωτός που προέρχεται από τις εξισώσεις του Maxwell είναι μια σταθερή τιμή, ανεξάρτητη από την ταχύτητα της πηγής που εκπέμπει το φως.
2. Πείραμα Michelson-Morley:
* Στη δεκαετία του 1880, ο Albert Michelson και ο Edward Morley πραγματοποίησαν ένα πείραμα που σχεδιάστηκε για να ανιχνεύσει το υποθετικό μέσο μέσω του οποίου θεωρήθηκαν ότι τα ελαφρά κύματα διαδίδονται (που ονομάζεται Luminiferous Aether).
* Το πείραμα έδειξε ότι η ταχύτητα του φωτός ήταν η ίδια ανεξάρτητα από την κίνηση της Γης, η οποία αμφισβήτησε την ιδέα ενός αιθέρα.
3. Οι αξιωματικοί της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν:
* Με βάση αυτά τα ευρήματα, ο Albert Einstein πρότεινε δύο αξιώματα που αποτελούν το θεμέλιο της ειδικής σχετικότητας:
* Postulate 1: Οι νόμοι της φυσικής είναι οι ίδιοι για όλους τους παρατηρητές σε ομοιόμορφη κίνηση.
* Postulate 2: Η ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό είναι η ίδια για όλους τους αδρανειακούς παρατηρητές, ανεξάρτητα από την κίνηση της πηγής.
4. Οι συνέπειες της σταθερής ταχύτητας φωτός:
* Χρόνος διαστολή: Τα χρονικά διαστήματα που μετρήθηκαν από τους παρατηρητές σε διαφορετικά αδρανειακά πλαίσια δεν είναι τα ίδια. Ο χρόνος επιβραδύνεται για τους παρατηρητές που κινούνται σε υψηλές ταχύτητες σε σχέση με έναν σταθερό παρατηρητή.
* Σύάση μήκους: Το μήκος των αντικειμένων φαίνεται να συστέλλεται προς την κατεύθυνση της κίνησης για παρατηρητές που κινούνται σε υψηλές ταχύτητες σε σχέση με το αντικείμενο.
* Η ταυτόχρονη είναι σχετική: Τα γεγονότα που εμφανίζονται ταυτόχρονα σε έναν παρατηρητή ενδέχεται να μην είναι ταυτόχρονα με έναν άλλο παρατηρητή που κινείται σε σχέση με τον πρώτο.
5. Γιατί η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή:
Η σταθερή ταχύτητα του φωτός δεν εξηγείται πλήρως με την έννοια μιας απλής, διαισθητικής εξήγησης. Είναι μια θεμελιώδη αρχή του σύμπαντος που έχει πειραματικά επαληθεύσει αμέτρητες φορές. Ωστόσο, εδώ είναι μερικά σημεία που μπορεί να βοηθήσουν στην κατανόηση της έννοιας:
* Spacetime: Η ειδική σχετικότητα δείχνει ότι ο χώρος και ο χρόνος δεν είναι απόλυτοι, αλλά αλληλοσυνδέονται σε μια ενιαία οντότητα που ονομάζεται Spacetime. Η ταχύτητα του φωτός είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα του χωροχρόνου, όπως η ταχύτητα του ήχου στον αέρα.
* Αιτία: Εάν η ταχύτητα του φωτός δεν ήταν σταθερή, θα οδηγούσε σε παράδοξα όπου τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να προηγούνται των αιτίων τους. Η σταθερή ταχύτητα του φωτός βοηθά στη διατήρηση της σειράς αιτίας και αποτελέσματος στο σύμπαν.
Συνοπτικά, η σταθερή ταχύτητα του φωτός είναι μια θεμελιώδης αρχή της ειδικής σχετικότητας που έχει πειραματικά επαληθεύεται και έχει βαθιές επιπτώσεις στην κατανόηση του χώρου, του χρόνου και της φύσης της πραγματικότητας.
