Licht beweegt zich door het heelal met de hoogste snelheid die astronomen kunnen meten. In feite is de lichtsnelheid een kosmische snelheidslimiet en er is niets bekend dat sneller beweegt. Hoe snel beweegt licht? Deze limiet kan worden gemeten en het helpt ook om ons begrip van de grootte en leeftijd van het universum te definiëren.
Wat is licht: golf of deeltje?
Licht reist snel, met een snelheid van 299, 792, 458 meter per seconde. Hoe kan hij dit doen? Om dat te begrijpen, is het handig om te weten wat licht eigenlijk is en dat is grotendeels een 20e-eeuwse ontdekking.
De aard van licht was eeuwenlang een groot mysterie. Wetenschappers hadden moeite om het concept van de golf- en deeltjesaard ervan te begrijpen. Als het een golf was, waar verspreidde hij zich dan door? Waarom scheen het in alle richtingen met dezelfde snelheid te reizen? En wat kan de lichtsnelheid ons vertellen over de kosmos? Pas toen Albert Einstein deze theorie van beschreef speciale relativiteit in 1905 kwam het allemaal in beeld. Einstein voerde aan dat ruimte en tijd relatief waren en dat de lichtsnelheid de constante was die de twee met elkaar verbond.
Wat is de lichtsnelheid?
Er wordt vaak gesteld dat de lichtsnelheid constant is en dat niets sneller kan reizen dan de lichtsnelheid. Dit is niet zo geheel nauwkeurig. De waarde van 299.792.458 meter per seconde (186.282 mijl per seconde) is de lichtsnelheid in een vacuüm. Licht vertraagt echter in feite wanneer het door verschillende media gaat. Wanneer het bijvoorbeeld door glas beweegt, vertraagt het in vacuüm tot ongeveer tweederde van zijn snelheid. Zelfs in de lucht bijna een vacuüm, licht vertraagt iets. Terwijl het door de ruimte beweegt, komt het wolken van gas en stof tegen, evenals zwaartekrachtvelden, en die kunnen de snelheid een klein beetje veranderen. De wolken van gas en stof absorberen ook een deel van het licht dat er doorheen gaat.
Dit fenomeen heeft te maken met de aard van licht, namelijk een elektromagnetische golf. Terwijl het zich door een materiaal voortplant, 'storen' de elektrische en magnetische velden de geladen deeltjes waarmee het in contact komt. Deze verstoringen zorgen er dan voor dat de deeltjes met dezelfde frequentie licht uitstralen, maar met een faseverschuiving. De som van al deze golven veroorzaakt door de "storingen" zal leiden tot een elektromagnetische golf met dezelfde frequentie als het oorspronkelijke licht, maar met een kortere golflengte en dus een lagere snelheid.
Interessant is dat, zo snel als licht beweegt, het pad kan worden gebogen terwijl het door gebieden in de ruimte met intense zwaartekrachtvelden gaat. Dit is vrij gemakkelijk te zien in clusters van sterrenstelsels, die veel materie bevatten (inclusief donkere materie), die het lichtpad van verder weg gelegen objecten, zoals quasars, vervormt.
Lightspeed en Gravitational Waves
De huidige natuurkundige theorieën voorspellen dat zwaartekrachtgolven ook met de snelheid van het licht reizen, maar dit is nog steeds wordt bevestigd terwijl wetenschappers het fenomeen van zwaartekrachtgolven bestuderen door botsende zwarte gaten en neutronen sterren. Anders zijn er geen andere objecten die zo snel reizen. Theoretisch kunnen ze krijgen dichtbij de snelheid van het licht, maar niet sneller.
Een uitzondering hierop kan de ruimtetijd zelf zijn. Het lijkt zo ver weg sterrenstelsels gaan sneller van ons weg dan de snelheid van het licht. Dit is een "probleem" dat wetenschappers nog steeds proberen te begrijpen. Een interessant gevolg hiervan is echter dat een reissysteem gebaseerd op het idee van een warp drive. In zo'n technologie staat een ruimtevaartuig stil ten opzichte van de ruimte en dat is het eigenlijk ruimte die beweegt, als een surfer die op een golf op de oceaan rijdt. Theoretisch zou dit superluminale reizen mogelijk maken. Natuurlijk staan er nog andere praktische en technologische beperkingen in de weg, maar het is een interessant sciencefiction-idee dat enige wetenschappelijke belangstelling krijgt.
Reistijden voor licht
Een van de vragen die astronomen krijgen van leden van het publiek is: 'hoe lang duurt het voordat het licht weggaat object X naar object Y? "Licht geeft ze een zeer nauwkeurige manier om de grootte van het heelal te meten door te definiëren afstanden. Hier zijn enkele van de meest voorkomende afstandsmetingen:
- De aarde naar de maan: 1,255 seconden
- De zon op aarde: 8,3 minuten
- Onze zon naar de volgende dichtstbijzijnde ster: 4,24 jaar
- Over onze Melkweg heelal: 100.000 jaar
- Om het dichtst spiraalvormig sterrenstelsel (Andromeda): 2,5 miljoen jaar
- Grens van het waarneembare universum naar de aarde: 13,8 miljard jaar
Interessant is dat er objecten zijn die we niet kunnen zien, simpelweg omdat het universum zich uitbreidt, en sommige zijn 'over de horizon' waar we niet naar kunnen kijken. Ze zullen nooit in ons zicht komen, hoe snel hun licht ook reist. Dit is een van de fascinerende effecten van leven in een groeiend universum.
Bewerkt door Carolyn Collins Petersen