อัตราเร็วของแสง

ไฟล์:Blueglow.jpg

ปรากฏการณ์เชเรนคอฟ ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เป็นผลมาจาก อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงที่เดินทางในน้ำ

อัตราเร็วของแสง (speed of light) ในสุญญากาศ มีนิยามว่าเท่ากับ 299,792,458 เมตรต่อวินาที (หรือ 1,079,252,848.800 กิโลเมตรต่อชั่วโมง หรือประมาณ 186,000.000 ไมล์ต่อวินาที หรือ 671,000,000 ไมล์ต่อชั่วโมง) ค่านี้เขียนแทนด้วยตัว c ซึ่งมาจากภาษาละตินคำว่า celeritas (แปลว่า อัตราเร็ว) และเรียกว่าเป็นค่าคงที่ของไอน์สไตน์ แสงเป็นสิ่งที่แปลกประหลาดนั่นคือไม่ว่าผู้สังเกตจะเคลื่อนที่หรือหยุดนิ่ง ไม่ว่าจะอยู่ในสถานที่ใด ด้วยเงื่อนไขใด อัตราเร็วของแสงที่ผู้สังเกตคนนั้นวัดได้ จะเท่าเดิมเสมอ ซึ่งขัดกับความรู้สึกของคนทั่วไป แต่เป็นไปตาม ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์

สังเกตว่าอัตราเร็วของแสงในสุญญากาศ เป็น นิยาม ไม่ใช่ การวัด ในหน่วยเอสไอกำหนดให้ เมตร มีนิยามว่าเป็นระยะทางที่แสงเดินทางในสุญญากาศในเวลา 1/299,792,458 วินาที แสงที่เดินทางผ่านตัวกลางโปร่งแสง (คือไม่เป็นสุญญากาศ) จะมีอัตราเร็วต่ำกว่า c อัตราส่วนของ c ต่ออัตราเร็วของแสงที่เดินทางผ่านในตัวกลาง เรียกว่า ดรรชนีหักเหของตัวกลางนั้น โดยเมื่อผ่านแก้ว จะมีดรรชนีหักเห 1.5-1.9

ผ่านน้ำจะมีดรรชีนีหักเห 1.3330

ผ่านเบนซินจะมีดรรชนีหักเห 1.5012

ผ่านคาร์บอนไดซัลไฟต์จะมีดรรชนีหักเห 1.6276

ผ่านเพชรจะมีดรรชนีหักเห 2.417

ผ่านน้ำแข็งจะมีดรรชนีหักเห 1.309

การเดินทางข้ามเวลา (time travel)

การทดลองการเดินทางด้วยความเร็วแสง และ การย้อนเวลา ค้นพบทฎษฎีใหม่จาก Dr.wavekh เมื่อนักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสันนิฐว่าานการย้อนเวลาเป็นไปได้ แต่อาจมีปรากฏการ paradox หรือ ทฤษฎีความผิดปกติของห้วงเวลา ตัวอย่างเช่น ถ้าเราย้อนเวลากลับไปฆ่าปู่หรือพ่อของเราในในอดีต แล้วใครกันให้กำเนิดเราขึ้นมาเพื่อฆ่าคนเหล่านี้

มีทฤษฎีหนึ่ง บอกเราว่าหากสามารถสร้างยานพาหนะที่เร่งความเร็วมากกว่าแสง และควบคุมจุดตกกระทบของแสงก่อนที่จะถึงรูหนอนได้ นั่นไม่ใช่ปัญหาในการย้อนเวลา จากความผิดปกติของทฤษฎี paradox ข้างต้น คิดว่าเมื่อย้อนเวลากลับไปแล้วกระแสของเวลาตามธรรมชาติจะทำให้เราและผู้กำเนิดไม่สามารถพบเจอกันได้เพราะเป็นมิติเวลาคู่ขนานที่ในโลกนั้นมีเรา แต่ไม่มีปู่หรือพ่ออยู่ กับอีกหนึ่งทฤษฏี เราอาจจะไปในมิติที่มีปู่หรือพ่อของเราแต่พวกเราไม่สามารถที่จะเห็นเราได้ด้วยธรรมชาติของกาลเวลาและอวกาศของแสงไม่สามารถทำให้ปู่หรือพ่อของเราและเราสัมผัสหรือจับต้องกันได้ และอีกหนึ่งทฤษฎีสุดท้าย เมื่อเราย้อนเวลากลับไปในมิตินั้นๆแล้ว เราและปู่หรือพ่อของเราสามารถมองเห็นกันได้ตามปกติทั่วไป 1ทฤษฎีแยก เราและปู่หรือพ่อของเราสามารถเจอกันได้พูดคุยกันได้แต่ไม่สามารถเข้าใกล้กันหรือสัมผัสกันได้ในรัศมีที่การเดินทางของแสงกั้นเอาไว้ 2 ทฤษฎีแยก เราและปู่หรือพ่อของเราสามารถเจอกันได้พูดคุยกันได้และสามารถเข้าใกล้หรือสัมผัสกันได้ แต่ไม่สามารถที่จะฆ่าพวกเขาได้

ทั้ง2ทฤษฎีนี้สร้างขึ้นมาจากความคิดผมเพื่อการป้องกันเหตุการผิดปกติของ paradox ที่ไม่สามารถเข้าใกล้กันได้นั้นอาจเป็นเพราะธรรมชาติมีปรากฏการต่อสู้กับปรากฏการ paradox อยู่แล้วนั่นเอง ในอีกทางหนึ่ง เราสามารถสัมผัสพวกเขาได้ แต่เมื่อไรที่สมองและร่างกายเราิดและทำการฆ่าปู่หรือพ่อของตัวเอง แสงของธรรมชาติจะส่งเรากลับสู่มิติปัจจุบันโดยทันทีเพื่อไม่ให้เกิดปรากฏการณ์ paradox

Dr.wavekh นายเศรษฐพงศ์ สงวนสุข

(ยังไม่มีการพิสูจน์ เป็นเพียงแค่ทฤษฎี)

ภาพทั่วไป

จากทฤษฎีทางฟิสิกส์ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดรวมทั้งแสง จะแพร่ออกไป(เคลื่อนที่)ในสุญญากาศ ด้วยอัตราเร็วคงที่ค่าหนึ่ง เรียกว่า อัตราเร็วของแสง ซึ่งเป็นค่าคงที่เชิงกายภาค เขียนแทนด้วยตัว c ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ความโน้มถ่วงยังแพร่ออกไปในอัตราเร็ว c ด้วย

จากกฎของแม่เหล็กไฟฟ้า (เช่น สมการของแมกซ์เวลล์) อัตราเร็ว c ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า จะไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วของวัตถุที่ปล่อยรังสี เช่น แสงที่ปล่อยออกมาจากวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง จะมีอัตราเร็วเดียวกับ แสงที่ปล่อยออกมาจากวัตถุที่อยู่นิ่ง (แม้ว่า สี, ความถี่, พลังงาน, และโมเมนตัมของแสงจะไม่เท่ากัน เรียกว่า ปรากฏการณ์ Relativistic Doppler)

การสื่อสาร

อัตราเร็วของแสงมีผลต่อการสื่อสารมากทีเดียว ตัวอย่างเช่น การสื่อสารจากโลกอีกด้านหนึ่ง ไปยังอีกด้านหนึ่ง ตามทฤษฎี ต้องใช้เวลาไม่น้อยไปกว่า 0.67 วินาที เพราะว่าโลกมีเส้นศูนย์สูตรหรือเส้นรอบวงยาว 40,075 กิโลเมตร

ในความเป็นจริง อาจต้องใช้เวลามากกว่านั้น เพราะว่าแสงที่เดินทางในใยแก้วนำแสงจะเดินทางช้าลงถึง 30% และไม่บ่อยนักที่เส้นทางการสื่อสารจะเป็นเส้นตรง นอกจากนี้ ยังมีความล่าช้า ที่เกิดจากสัญญาณเดินทางผ่านสวิตซ์อิเล็กทรอนิกส์ หรือเครื่องกำเนิดสัญญาณอีกด้วย เช่น ในปี ค.ศ. 2004 การสื่อสารจากออสเตรเลียหรือจากญี่ปุ่น ถึงสหรัฐอเมริกา นั้นต้องใช้เวลาถึง 0.18 วินาที

ผู้ที่ติดตามชมการสื่อสารระหว่างศูนย์ควบคุมฮิวส์ตัน (Houston ground control) กับนีล อาร์มสตรองเมื่อเขาอยู่บนดวงจันทร์ คงจะได้รู้ว่า เมื่อศูนย์ควบคุมได้ถามคำถามนีล เราต้องใช้เวลาประมาณ 3 วินาที กว่าจะได้รับคำตอบจากนีล แม้ว่าเขาจะตอบกลับมาทันทีก็ตาม ซึ่งเป็นผลมาจากอัตราเร็วของแสงที่จำกัด

การควบคุมยานอวกาศที่เดินทางระหว่างดาวเคราะห์จากศูนย์ควบคุมบนโลก จึงแทบเป็นไปไม่ได้ เพราะมันต้องใช้เวลานานมาก กว่าศูนย์ควบคุมบนโลกจะได้รับรายงาน และกว่ายานอวกาศจะได้รับสัญญาณตอบกลับ อาจต้องใช้เวลาเป็นชั่วโมง

อัตราเร็วของแสงมีผลต่อการสื่อสารในระยะทางสั้นๆด้วย ในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ อัตราเร็วของแสงเป็นตัวจำกัดว่ามันจะส่งข้อมูลระหว่างตัวประมวลผลได้เร็วเท่าไร ถ้าตัวประมวลผลมีความเร็ว 1 GHz สัญญาณจะเดินทางได้มากสุด เรา มิลลิเมตรในหนึ่งรอบการทำงาน ดังนั้น ตัวประมวลผลจึงต้องวางให้ใกล้กันมากเพื่อลดความล่าช้า ถ้าความถี่ของสัญญาณนาฬิกาเพิ่มขึ้น อัตราเร็วของแสงจะเป็นปัจจัยที่กำหนดการออกแบบภายในของชิปแต่ละตัว