Maak een lichte snelheidstrip over het zonnestelsel beginnend bij de zon
We hebben het keer op keer gehoord. Geen enkel materieel object kan theoretisch sneller reizen. Voor alle praktische doeleinden is alleen licht voldoende licht om met de snelheid van het licht te reizen.
In zo'n haast beweegt een lichtstraal in slechts één seconde 8 keer rond de aarde. Een reis naar de maan duurt slechts 1,3 seconden. Zeker snel maar helaas niet snel genoeg. Druk op afspelen op de video en je zult snel begrijpen wat ik bedoel. Het uitzicht begint bij de zon en reist met de snelheid van het licht naar buiten het zonnestelsel in.
Planeet Afstand in AU Reistijd ............................................ ........................ Mercurius 0,387 193,0 seconden of 3,2 minuten Venus 0,723 360,0 seconden of 6,0 minuten Aarde 1.000 499,0 seconden of 8,3 minuten Mars 1.523 759,9 seconden of 12,6 minuten Jupiter 5.203 2595.0 seconden of 43.2 minuten Saturnus 9.538 4759.0 seconden of 79.3 minuten Uranus 19.819 9575.0 seconden of 159.6 minuten Neptune 30.058 14998.0 seconden of 4.1 uur Pluto 39.44 19680.0 seconden of 5.5 uur ..................... ..............................................
Afstanden en lichttijden naar de planeten en Pluto (van Alphonse Swinehart)
Je zou misschien eerst denken dat als we zo snel bewegen, we snel door de banen van de acht planeten zullen komen. Het had me niet moeten verbazen, maar ik merkte dat ik al ongeduldig werd tegen de tijd dat Mercury voorbij vloog ... na 3,2 minuten. De aarde was nog steeds 5 minuten verwijderd en Jupiter nog eens 40! Daarom wordt de video bij Jupiter onderbroken - niemand zou 5 1/2 uur later rondhangen voor het uiterlijk van Pluto.
Zoals de video vervelend maar effectief aantoont, leven we in een zonnestelsel waar een paar planeten worden gescheiden door enorme ruimtes. Zelfs licht is niet snel genoeg om aan de menselijke behoefte aan snelheid te voldoen. Maar om de zaken in perspectief te plaatsen: NASA's zijn de snelste huidige door mensen gemaakte objecten Voyager I ruimtevaartuig, die onlangs de interstellaire ruimte bereikte die met een snelheid van 17.000 km / s reed, of bijna 18.000 keer langzamer dan de lichtsnelheid.
Laten we verder verkennen. Elk materieel object, een kegel bijvoorbeeld, dat zo snel beweegt, zou oneindig groot worden. Waarom? Je hebt een oneindige hoeveelheid energie nodig om de Skittle tot de exacte lichtsnelheid te versnellen. Omdat materie en energie twee gezichten zijn van dezelfde medaille, creëert al die energie een oneindig grote kegel. Zoete wraak als die er ooit was.
Je kunt het pilachtige snoepje echter versnellen tot een lichtsnelheid van 99,9999% met een eindige als ongelooflijk grote hoeveelheid energie. Einstein is daar cool mee. Hier is het rare. Als je met de snelheid van het licht zou reizen, zou het eruit zien als een heel normaal snoepje, maar als je het van de buitenwereld zou bekijken, zou de zoete traktatie het hele universum zijn. Beide standpunten zijn even geldig, en dat is de essentie van relatief.
Dualiteit van golfdeeltjes van licht
Om ons een dag in het leven van een foton beter voor te stellen, gaan we mee voor de rit. Fotonen zijn de deeltjesvorm van licht, wat lange tijd alleen werd begrepen als golven van elektromagnetische energie. In de gekte van de kwantumwereld is licht dat wel zowel een deeltje als een golf. Vanuit ons perspectief scheurt een foton voorbij met 186.000 mijl per seconde, maar voor het foton zelf staat de wereld stil en stopt de tijd. Fotonen zijn overal tegelijk. Alomtegenwoordig. Er gaat geen tijd voorbij.
In de relativiteitstheorie wordt de beweging van alles volledig gedefinieerd vanuit het standpunt van een waarnemer. Vanuit het perspectief van het foton is het in rust. Van de onze beweegt het zich door tijd en ruimte. We hebben allemaal ons eigen 'coördinatenframe', zodat we, waar we ook zijn, gerust zijn. Dat is relativiteit voor u - alle frames zijn even geldig.
Stel dat je in een vliegtuig zit. Die trieste zak pretzels die je net hebt gekregen, is in rust omdat het in je coördinatenframe zit. De persoon naast je is eveneens in rust (en hopelijk niet snurkt). Zelfs het vliegtuig is stil. Volgens Einstein is het net zo geldig om de wereld buiten het vliegtuigvenster te zien bewegen terwijl het vliegtuig zelf in rust blijft. Sluit de volgende keer dat u vliegt uw ogen zodra het vliegtuig de hoogte en een constante snelheid heeft bereikt. Je hoort het geluid van motoren, maar er is geen manier om te weten dat je echt beweegt.
Relativiteit voorspelt dat ook objecten contract in de richting van hun beweging. Hoe vreemd het ook klinkt, dit is door veel experimenten geverifieerd. Hoe sneller dingen reizen, hoe meer ze samentrekken.
Het effect wordt pas merkbaar als een object de lichtsnelheid nadert, maar de Apollo 10 service- en bemanningsmodules bereikten een snelheid van 0,0037% van de lichtsnelheid. Vanuit het perspectief van iemand op de grond kromp de 11,03 meter lange module met ongeveer 7,5 nanometer, een buitengewoon kleine maar meetbare hoeveelheid. (Een vel papier is 100.000 nanometer dik). Evenzo krimpen afstanden, die met lichte snelheid op nul uitkomen.
Lengtecontractie treedt op omdat een stationaire waarnemer de tijd van een snelle ruimteschipreiziger langzamer ziet tikken. Aangezien licht wordt gemeten in tijdseenheden - lichte seconden, lichtjaren - zodat de twee het eens kunnen worden over de lichtsnelheid (een constante in het hele universum), moet de 'heerser' van de reiziger korter zijn. En het is echt vanuit je stationaire perspectief als je op de een of andere manier in het schip zou kunnen kijken. Reizend met een lichtsnelheid van 10%, krimpt een ruimteschip van 200 voet tot 199 voet. Met 86,5% is hij 100 voet of half zo groot en met 99,99% slechts 3 voet!
We hebben vandaag ver gereisd - rustig zittend in ons referentiekader.
