«جرد رابرتس»(Jarred Roberts) دانشمندی در «دانشگاه کالیفرنیا»(California) به کمک کنجکاوی همسرش به گفتگویی تفکرانگیز درباره نور و پاسخ این سوال پرداخت که چرا نور با وجود سفر کردن در جهان خسته نمی‌شود و با گذشت زمان انرژی خود را از دست نمی‌دهد؟

به نقل از ساینس‌آلرت، نور غالباً به شیوه‌هایی رفتار می‌کند که با شهود ما تناقض دارد. نور، تابش الکترومغناطیسی است و در واقع، موج الکتریکی و موج مغناطیسی است که به‌هم پیوسته است و در فضا و زمان حرکت می‌کند. نور هیچ جرمی ندارد. این نکته بسیار مهم است، زیرا جرم یک شیء، سرعت حداکثری آن را که می‌تواند در فضا سفر کند، محدود می‌کند.

نور

از آنجایی که نور بدون جرم است، می‌تواند به حداکثر سرعت در خلاء برسد. این سرعت معادل ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه است. هیچ چیز دیگری سریع‌تر از آن در فضا سفر نمی‌کند. برای درک بهتر این موضوع، این مثال را در نظر بگیرید که هربار که شما پلک می‌زنید، یک ذره نور بیش از دو بار دور زمین سفر می‌کند.

با وجود اینکه این سرعت فوق‌العاده بالاست، فضا به‌ شدت گسترده است. نور از خورشید که تقریباً ۱۵۰ میلیون کیلومتر از زمین فاصله دارد، کمی بیش از هشت دقیقه طول می‌کشد که به ما برسد. به بیان دیگر، نوری که شما می‌بینید، متعلق به هشت دقیقه قبل است. 

«آلفا قنطورس»(Alpha Centauri) که نزدیک‌ترین ستاره به ما پس از خورشید است، تقریباً ۴۱ تریلیون کیلومتر دورتر است. بنابراین تا زمانی که شما آن را در آسمان شب ببینید، نور آن متعلق به چهار سال قبل است یا به عبارتی دیگر، همانطور که ستاره‌شناسان می‌گویند، چهار سال نوری با ما فاصله دارد.

با توجه به این فاصله‌های عظیم، به این پرسش می‌رسیم که چگونه نور می‌تواند در سراسر جهان سفر کند و به آرامی انرژی‌اش را از دست ندهد؟

در واقع، برخی نورها انرژی از دست می‌دهند. این زمانی اتفاق می‌افتد که نور به چیزی برخورد کند و پراکنده شود.

اما بیشتر نورها بدون برخورد با چیزی به سفر خود ادامه می‌دهند. این تقریباً به‌ دلیل وجود همیشگی خلاء در فضاست. بنابراین هیچ چیز در مسیر آن نیست. وقتی نور بدون مانع حرکت می‌کند، هیچ انرژی از دست نمی‌دهد و می‌تواند سرعت ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه را برای همیشه حفظ کند.

زمان

خود را به‌ عنوان یک فضانورد در ایستگاه فضایی بین‌المللی تصور کنید. شما با سرعت  ۲۷ هزار کیلومتر در ساعت در حال گردش هستید. در مقایسه با کسی که در زمین است، ساعت شما در طول یک سال ۰/۰۱ ثانیه کندتر می‌چرخد.

این نمونه‌ای از پدیده «اتساع زمان»(time dilation) است. در این پدیده، زمان تحت شرایط مختلف با سرعت‌های متفاوت حرکت می‌کند. اگر شما با سرعت بسیار بالا حرکت کنید یا نزدیک به یک میدان گرانشی بزرگ باشید، ساعت شما کندتر از ساعت شخصی با سرعت کمتر حرکت می‌کند یا از یک میدان گرانشی بزرگ دور است، خواهد چرخید. به بیانی کوتاه، زمان نسبی است.

نور به طرز اجتناب‌ناپذیری به زمان مرتبط است. تصور کنید که شما بر روی یک «فوتون»(photon) یا «ذره نور» نشستید. در اینجا، شما حداکثر «اتساع زمان» را تجربه خواهید کرد. همه در زمین شما را با سرعت نور محاسبه می‌کنند، اما از دیدگاه شما، زمان کاملاً متوقف شده است.

این امر به این دلیل است که ساعت‌ها که زمان را اندازه‌گیری می‌کنند، در دو مکان متفاوت با سرعت‌های بسیار متفاوت قرار دارند. یکی سرعت نور و دیگری سرعت نسبتاً کم زمین است که به دور خورشید می‌چرخد. 

علاوه بر این، وقتی شما در حال سفر با سرعت نور هستید، فاصله بین جایی که هستید و جایی که می‌روید، کوتاه‌تر می‌شود. به عبارتی دیگر، فضا به‌سوی جهت حرکت فشرده‌تر می‌شود. بنابراین هر چه سریع‌تر حرکت کنید، سفر شما هم کوتاه‌تر خواهد بود. در واقع، فضا برای «فوتون» فشرده می‌شود.

این تصویری از «کهکشان فرفره»( Pinwheel galaxy) است. برای مشاهده این کهکشان، از دیدگاه «فوتون» یا نور، یک ستاره درون کهکشان آن را ساطع کرده است و سپس یک پیکسل در دوربین تلسکوپ آن را جذب کرده است و چون فضا فشرده است، برای «فوتون» این سفر بی‌نهایت سریع و کوتاه بوده است.

اما از دید ما در زمین، این «فوتون» ۲۵ میلیون سال پیش کهکشان را ترک کرده و ۲۵ میلیون سال نوری را در فضا سفر کرده تا به دوربین تلسکوپ برسد.