Işık hızında bir uzay aracında kablosuz bir telefon üzerinden yer gözlemcileriyle iletişim kurmak mümkün müdür?
Bir arkadaş garip bir soru sordu: Biriyle konuşuyorsam ve aniden ışık hızında koşarsam, aramanın kalitesi ne olurdu?
Nasıl aniden ışık hızında hareket edebilirdi? Uzay-zaman iletişimi sadece bu kahramanın ışık hızında bir uzay aracında gittiğini varsayabilir. Sözde ışık hızlı uzay aracı sadece sonsuza kadar bir rüya olabilirse de, bir zaman-uzay iletişim bilimi rüya yorumuna gelmek de iyidir.
Bu kim? Birinden ne kadar uzaktasın Işık hızıyla hangi yönü kastediyorsunuz?
Gizliliğinizin kim olduğu, burada tartışılmaz.
Ama "birinden" ne kadar uzakta olduğunuz ve birdenbire ışık hızıyla hangi yöne hareket ettiğiniz analiz etmeye değer görünüyor.
Sadece biriyle yaptığınız görüşmeyi mevcut arama olarak anlayabiliyorum. Bugünün telefonları, ister mikrodalga ister uzun dalga orta dalga olsun, radyo veya kablolu elektrik dalgalarını kullanır, bu bir ışık dalgası şeklidir ve yayılma hızı ışık hızıdır.
Aniden ışık hızında ayrılırsınız ve ayrılma hızı da ışık hızıdır.
Işık hızı, dünyamızın bugüne kadar gerçekleştirdiği en yüksek hızdır Işık hızından daha yüksek bir hız yoktur Vakumda yayılma hızı saniyede yaklaşık 300.000 kilometredir.
Sizinle birisi arasındaki mesafe elbette çok önemlidir.Örneğin, aydaki biriyle konuşuyorsanız, ay dünyadan ortalama 384.000 kilometre uzakta, bu da ışık hızında 1 saniyeden fazla bir mesafe, yani 1 Bir saniyeden fazla gecikmeden sonra, yeryüzünde bir kelime söylerseniz, aydaki "birinin" bunu duyması 1 saniye sürecektir.
Ve eğer "birisi", güneş sistemindeki en uzak gezegen olan Neptün'de, bizden yaklaşık 4,5 milyar kilometre uzakta ise, ışık hızının 15.000 saniye, yani yaklaşık 4.17 saat gitmesi gerekir.
Yeryüzünde bir kelime söylerseniz, "birisinin" onu duyması 4 saatten fazla sürer. Onun cevap vermesini beklerseniz, beklemesi 8 saatten fazla sürer.
Şimdi soru, ışık hızında ani bir hareket önermeniz, "birisine" doğru hareket etmeniz mi? Ya da sırtındaki biriyle koşmak mı? Yoksa sırt üstü veya yüzü dönük olarak taşımak yerine yana doğru mu koşuyor?
Cevabı vermeden önce ses dalgalarının doğası hakkında konuşmak istiyorum.
Ses dalgalarının, saniyedeki titreşim sayısı olan bir frekansı vardır. Frekansa göre infrasound, işitilebilir ses ve ultrasonik olmak üzere ikiye ayrılır.
İnsanların duyabileceği ses dalgaları, 20 Hz ile 20000 Hz arasında bir frekansa sahip duyulabilir ses dalgalarıdır. 20 Hz'nin altındaki frekansa infrasound denir ve 20000 Hz'nin üzerindeki frekans ultrasoniktir. Infrasound ve ultrasonik dalgalar insanlar tarafından duyulamaz.
Ses dalgalarının da dalga boyları vardır.Dalga boyunu hesaplamanın formülü: = c / f
Yani, dalga boyu , dalga hızı c'nin frekansa bölünmesine eşittir.
İnsanın ses dalgalarını algılayışının frekans aralığı 20 Hz ile 20000 Hz arasındadır ve havadaki sesin yayılma hızı saniyede yaklaşık 340 metredir, böylece ses dalgalarının insan algısı = 340/20 ~ 20000 = 17m ~ 0.017m'ye eşittir.
Yani insanların konuştuğu ya da duyabildiği sesin dalga boyu 17 metre ile 0,017 metre arasındadır.Sizin ve telefondaki "birinin" sesi olarak 10 metrelik bir dalgaboyu değeri alıyoruz, sonra aniden çıkıyorsunuz ya da ışık hızında yaklaşıyorsunuz ya da Yanlara doğru hareket etmenin etkisi nedir?
Burada dalga oluşumunun Doppler etkisini anlamak istiyoruz.
Ses dalgalarının Doppler etkisi Avusturyalı fizikçi ve matematikçi Christian John Doppler tarafından 1842 gibi erken bir tarihte önerilmiş ve doğrulanmıştır. Bu nedenle, bu etkiye onun adı verilmiştir.
Ses dalgalarının Doppler etkisini hayatlarımızda sıklıkla deneyimleyebiliriz: bir tren veya araba size doğru yaklaştığında, duyduğunuz ses yükselir ve sizi terk ettiğinde duyduğunuz ses azalır. .
Bunun nedeni hareket sırasında ses dalgalarının frekansının değişmesidir, yani dalga kaynağı gözlemciye yaklaştığında alıcı frekansı yükselir; dalga kaynağı uzaklaştığında alıcı frekansı düşer. Aynı sonuç, gözlemci ve alıcı hareket ettiğinde de çıkarılabilir.
Dalga kaynağı veya gözlemcinin hareket hızı ile frekans arasındaki ilişkinin ifadesi: f = (u + v) / veya f = (u-v) /
Formülde f, alınan frekanstır (Hz), u dalga hızıdır (m), v gözlemcinin hareket hızı veya dalga kaynağıdır (m) ve orijinal dalga kaynağı dalga boyudur.
Daha sonra, çeşitli dalgaların Doppler etkisine sahip olduğu ve elektromanyetik dalgaların istisna olmadığı keşfedildi.
Aynısı şu anda kullandığımız cep telefonları için de geçerli, baz istasyonuna geçerken frekans yükseliyor ve bunun tersi de geçerli. Bu nedenle, uzun mesafeli iletişimde ve yüksek hızlı mobil nesne iletişiminde Doppler etkisi dikkate alınmalıdır.
Örneğin, insanlar tarafından uzaya fırlatılan çeşitli detektörlerin ve uyduların Doppler etkisine göre ayarlanması gerekir, böylece yer baz istasyonu net sinyaller alabilir.
Işık dalgalarının da Doppler etkisi vardır, ancak ışık dalgalarının frekans değişiklikleri kulaklar yerine gözlerle gözlemlenir, bu nedenle renk değişimleri gösterirler.Bilim adamları uzak yıldızları gözlemler.Bizim gibi hareket edersek gördüğümüz spektral çizgiler Mor ışık yönünde hareket etmeye mavi kayma denir; bizden uzaklaşırsa, spektral çizgi kırmızıya kayma adı verilen kırmızı ışık yönünde hareket eder.
Evrenin genişlemesi yıldız ışığının evrensel kırmızıya kaymasıyla belirlenir.
Işık hızında bir aramaya ne olduğunu konuşalım.
Kişinin niyetinin aniden ışık hızında hareket ettiği hipotezine göre, ses kaynağına yaklaşma veya dinleyiciye yaklaşma olmak üzere üç sonuç olabilir.İşleyenin duyabileceği sesin frekansı:
F = (u + v) / formülüne göre:
f = (340 + 300000000) / 10 = 30000034Hz
Bu frekans, ultra yüksek frekanslı ultrasonik dalga olan saniyede 30 milyon titreşim olan 30MHz'dir ve dalga boyu formülüne göre bu frekans ses dalgasının dalga boyu sadece 0.0000113 metredir.
Önceki açıklamaya göre, insanlar ses dalgalarının frekansını ve dalga boyunu duyabilir, ancak insanlar bu frekans ve dalga boyundaki sesleri duyamazlar.
Ya ses kaynağı ışık hızında uzaklaşırsa?
F = (u-v) / formülüne göre hesaplayın:
(340-300000000) / 10 = -29999966Hz
20 Hz'nin altındaki ses dalgalarına, insanlar tarafından duyulamayan infrasound dalgalar denir.İnfrasound dalgalarının minimum frekansı 0 ila 20 Hz'den büyüktür Buradaki hesaplama sonucu negatiftir ve çok negatiftir, infrasound dalgaları bile yapılamaz.
Bu tür bir ses yok yani ses yok, nasıl duyuluyor?
Işık hızında hareket etmeye ne dersiniz? Ayrılma hızı ışık hızı olmayabilir ama hız çevirinin açısına bağlıdır, ancak bu hız fazla azaltılamaz. "Birinden" 1 ışıkyılı uzaklıkta olmadığınız sürece, bu hız üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olabilir.
Şimdi hesaplamanın ışık hızının yarısı oranında yapıldığını varsayıyoruz ve Doppler etkisinin sonucunun ne olduğunu görüyoruz.
(340 + 150000000) / 10 = 15000034Hz
(340-150000000) / 10 = -14999966Hz
Elde edilen sonuçlar duyulamaz.
Dolayısıyla bu klasik teoriye göre bile, ışığın hızı ses kaynağından çıkıp ona yaklaştığında, "biriyle" hiç konuşamaz, yankısını da duyamazsınız. Alıcı bir kişi olmadığı sürece.
Tabii ışık hızı karşısında bunların hepsi saçmalıktır, eğer ışık hızı kalkarsa elektrik dalgası ve ışık hızı yetişemez, ses asla kulak zarınıza ulaşmaz.
Şimdi ani ışık hızı varsayımının neden geçerli olmadığından bahsedelim.
Einstein'ın özel görelilik teorisi, durağan kütleye sahip herhangi bir nesnenin, bırakın bir uzay aracı ve mürettebat, hatta bir karınca, bir proton ve bir elektron, ışık hızına bile ulaşamayacağına inanıyor.
Son 100 yılda bilim adamları bu teorinin doğruluğunu çeşitli gözlem ve deneylerle defalarca kanıtladılar.
Büyük hızlandırıcılarda, insanlar küçük protonları veya çeşitli parçacıkları hızlandırmak için büyük enerji kullanırlar.Enerji ne kadar büyük olursa olsun, proton veya parçacık ışını yalnızca ışık hızına yaklaşabilir, ancak ışık hızına ulaşamaz.
Ve ışık hızına ne kadar yakınsa, o kadar fazla enerji ve kütle sonsuz olma eğilimindedir. Bu, Einstein'ın madde ışık hızına ulaştığında hareket eden kütlenin sonsuzluğa ulaşacağı tezini kanıtlıyor.
Sonsuz ne anlama geliyor? Bir protonun ışık hızına ulaşması gerekse bile tüm evrenin enerjisini kullanamaz, çünkü evrenin kütlesi ve enerjisi sonsuz değildir.
Bu bir paradokstur.
Işık hızı sınırının ifadesi şöyledir: E = mc ^ 2 / sqrt (1-v ^ 2 / c ^ 2)
Bu formül, statik kütlesi m olan bir parçacığın v hızında hareket etmesi için gereken enerjiyi ifade eder.
Buradan, hız ne kadar yüksek olursa, gereken enerji o kadar büyük olur, v ışık hızına c yaklaştığında, enerji sonsuza meyillidir.
Zaman uzatma etkisi de aramayı imkansız hale getirecektir.
Özel görelilik teorisi bize, yüksek hızlı hareketin bir referans çerçevesinde, zaman genişlemesinin meydana geleceğini ve bunun da yavaşlama etkisiyle sonuçlanacağını söyler.
Özel görelilik hız zaman genişlemesinin hesaplama formülü şöyledir: t '= t /
Formülde t ', hız zaman genişleme etkisi değeridir; t, düşük hızlı gözlemcinin ilk saatinin zaman kaydıdır; v, ikinci saatin birinci saate göre hareket hızıdır; c, ışık hızıdır.
Zaman uzaması etkisi uzay yolculuğunda sayısız kez doğrulanmış ve bu teorinin doğru olduğunu kanıtlamıştır.
GPS konumlandırma uyduları atom saatini zaman genişleme etkisine göre ayarlamazlarsa yer zamanına karşılık gelemezler ve yön bulma ve konumlandırma bin mil kaybolur; fırlatılan uzay sondaları ve çeşitli uydular bu teoriye göre ayarlanmazsa, Ayrıca rotayı doğru bir şekilde seyredip hesaplayamaz ve hedefe ulaşamaz.
Zaman genişleme etkisi bize yüksek hızlı atalet sistemindeki zamanın gözlemcinin zamanıyla tutarsız olduğunu söyler Yüksek hızlı sistemde zaman ne kadar hızlıysa, zaman o kadar yavaş olur. Işık hızında zaman durur ve uzay sıfırdır.
Işık hızındaki deneyimcilerin bir saniyeden daha az zamanı var gibi görünüyor.Dünyada binlerce yıl hatta yüz milyonlarca yıl geçti.Bu ışık hızının Doppler etkisidir.
Böylesine farklı bir zaman diliminde, hala birbirinizle konuşabileceğinizi düşünüyor musunuz? Yeryüzünde söylediğin bir kelime 100 milyon yıl sonra ışık hızında uzay aracına aktarılabilir mi? O zaman "birisi" neredeydi? Bilmiyorsun, bilmiyorum.
Bu nedenle ışık hızı sınır teorisi ve zaman uzama teorisi bize ışık hızına ulaşmanın sadece bir hayal veya hayal olabileceğini ve farazi ışık hızı hareketi sırasında dış dünyayla konuşmanın imkansız olduğunu söylüyor.
Okuduğunuz ve hoş geldiniz tartışma için teşekkürler.
Uzay-zaman iletişimi orijinal telif hakkı, lütfen ihlal etmeyin ve intihal etmeyin, anlayışınız ve işbirliğiniz için teşekkür ederiz.
