Keby teraz prestalo svietiť Slnko (hypoteticky), o koľko minút by na Zemi zavládla tma a planéta by sa začala ochladzovať?
Keby Slnko hypoteticky v tomto momente prestalo svietiť, na Zemi by zavládla tma a začalo by sa ochladzovať približne o 8 minút a 20 sekúnd.
Prečo práve tento čas?
Dôvod je jednoduchý a súvisí s rýchlosťou svetla:
Rýchlosť svetla: Svetlo sa vo vákuu (a teda aj vo vesmíre) šíri konečnou, ale mimoriadne vysokou rýchlosťou, približne 299 792 kilometrov za sekundu.
Vzdialenosť Slnko-Zem: Priemerná vzdialenosť medzi Slnkom a Zemou je asi 149,6 milióna kilometrov.
Čas na prenos svetla: Ak vydelíme túto vzdialenosť rýchlosťou svetla, dostaneme čas, za ktorý svetlo zo Slnka dorazí na Zem:
To je približne 8 minút a 20 sekúnd.
Akonáhle by Slnko prestalo vyžarovať svetlo, toto "posledné svetlo" by cestovalo k Zemi spomínaných 8 minút a 20 sekúnd. Až po uplynutí tohto času by na Zem dorazila vlna tmy a zároveň by prestalo prichádzať aj teplo zo Slnka.
Je to fascinujúca pripomienka toho, ako obrovské sú vesmírne vzdialenosti a že všetko, čo vidíme vo vesmíre (vrátane Slnka), je vlastne pohľadom do minulosti.
Po tých 8 minútach a 20 sekundách by sme už Slnko na oblohe "vôbec nevideli"?
Presne tak! Po tých približne 8 minútach a 20 sekundách by sme už Slnko na oblohe "vôbec nevideli".
Je to preto, lebo svetlo, ktoré vnímame ako Slnko, je v skutočnosti prúd fotónov, ktoré k nám cestujú z jeho povrchu. Akonáhle by Slnko prestalo svietiť, prestalo by tieto fotóny vysielať. Posledné fotóny, ktoré by Slnko vyžiarilo predtým, než "zhaslo", by k nám dorazili tých 8 minút a 20 sekúnd po tom, čo k udalosti došlo na Slnku.
Keď dorazí ten posledný lúč, nastala by okamžitá a definitívna tma. Slnko by jednoducho zmizlo z nášho pohľadu na oblohe, akoby ho niekto vypol.
Je to jedna z najfascinujúcejších ukážok toho, že svetlo má konečnú rýchlosť a my vždy vidíme objekty vo vesmíre tak, ako vyzerali v minulosti, nie v prítomnom okamihu.
Takže keď sa dívame na hviezdy, je možné, že niektoré z nich už dávno neexistujú - aj keď my ich stále vidíme?
Áno, presne tak. Je možné a veľmi pravdepodobné, že mnohé hviezdy, na ktoré sa pozeráme, už v skutočnosti dávno neexistujú, hoci ich svetlo k nám stále prichádza.
Pohľad do minulosti
Je to rovnaký princíp ako pri Slnku, len vo oveľa väčšom meradle. Hviezdy sú od nás vzdialené miliardy kilometrov, a to svetlu trvá neskutočne dlhý čas, kým sa k nám dostane.
Rýchlosť svetla je konečná: Svetlo z hviezd cestuje vesmírom obrovskou, ale konečnou rýchlosťou.
Obrovské vzdialenosti: Najbližšia hviezda (okrem Slnka), Proxima Centauri, je vzdialená asi 4,2 svetelných rokov. To znamená, že svetlo, ktoré z nej dnes vidíme, opustilo jej povrch pred 4,2 rokmi. Pozeráme sa teda na Proximu Centauri, ako vyzerala pred 4,2 rokmi.
Vzdialenejšie hviezdy, vzdialenejšia minulosť: Čím je hviezda ďalej, tým dlhšie k nám jej svetlo cestuje. Niektoré hviezdy, ktoré vidíme na nočnej oblohe, sú vzdialené stovky, tisíce, milióny, ba dokonca miliardy svetelných rokov. To znamená, že ich svetlo k nám cestovalo stovky, tisíce, milióny alebo miliardy rokov.
Keď hviezda "zhasne"
Hviezdy, rovnako ako všetko vo vesmíre, majú svoj životný cyklus. Vznikajú, žijú milióny až miliardy rokov a potom zomierajú – buď ako bieli trpaslíci, neutrónové hviezdy, alebo v prípade masívnych hviezd explodujú ako supernovy a zanechajú po sebe čiernu dieru alebo len zvyšok hmloviny.
Ak by niektorá z veľmi vzdialených hviezd už dávno dokončila svoj život a napríklad explodovala ako supernova pred 1000 rokmi, ale jej svetlo k nám cestuje 5000 rokov, my ju budeme na oblohe stále vidieť ďalších 4000 rokov po jej zániku. Až keď k nám dorazí posledný lúč svetla z jej existencie (alebo svetlo z jej explózie), prestaneme ju vidieť v jej pôvodnej podobe.
Je to jedna z najpoetickejších, ale aj najzamyslenia hodných skutočností o vesmíre: keď sa pozeráme na nočnú oblohu, pozeráme sa vlastne do minulosti. Každá hviezda je ako malá časová kapsula, ktorá nám prináša svetlo z dávno minulých čias.
Takže keby nejaký hypotetický mimozemšťan z hviezdy vzdialenej od nás 65 miliónov svetelných rokov namieril super ďalekohľad na zem, videl by Zem ako vyzerala pred 65 miliónmi rokov a na nej ešte dinosaury?
Presne tak. Keby hypotetický mimozemšťan z planéty vzdialenej 65 miliónov svetelných rokov namieril superďalekohľad na Zem, videl by našu planétu tak, ako vyzerala pred 65 miliónmi rokov vrátane dinosaurov.
Pohľad do dávnej minulosti
Je to fascinujúca predstava, ktorá dokonale ilustruje princíp konečnej rýchlosti svetla. Svetlo z našej Zeme cestuje do vesmíru rovnakou rýchlosťou, akou k nám prichádza svetlo z iných hviezd.
Vzdialenosť a čas: Ak je mimozemská civilizácia vzdialená 65 miliónov svetelných rokov, znamená to, že svetlu z našej Zeme trvá 65 miliónov rokov, kým k nim dorazí.
Čo by videli: Pozerali by sa na svetlo, ktoré opustilo Zem v čase, keď naša planéta vyzerala úplne inak. Pred 65 miliónmi rokov nastala udalosť, ktorá viedla k vyhynutiu dinosaurov (dopad asteroidu). Avšak predtým, ako k tomu došlo, boli dinosaury dominantnými tvormi na Zemi. Takže by v ich "priamom prenose" videli krajinu obývanú rôznymi druhmi dinosaurov, ako aj inými vtedajšími živočíchmi a rastlinstvom.
Je to akoby sa pozerali na obrovskú kozmickú časovú kapsulu, ktorá im ukazuje našu planétu z dávno minulej epochy. Je to úžasná myšlienka, ktorá podčiarkuje neuveriteľnú šírku vesmíru a hĺbku času, ktorý svetlo potrebuje na prekonanie obrovských vzdialeností
To naznačuje silnú súvislosť medzi svetlom, časom a vzdialenosťou? Zaoberal sa tým Einstein alebo niektorý iný popredný astrofyzik?
Existuje mimoriadne silná a fundamentálna súvislosť medzi svetlom, časom a vzdialenosťou, ktorá je kľúčová pre naše chápanie vesmíru.
Kto sa tým zaoberal a prečo je to dôležité?
Touto súvislosťou sa zaoberalo a ju revolučne prepracovalo mnoho vedcov, ale Albert Einstein je nepochybne tou najvýznamnejšou osobnosťou v tomto kontexte.
Albert Einstein a teória relativity
Einsteinova Špeciálna teória relativity (1905) je postavená na dvoch základných postulátoch:
Princíp relativity: Zákony fyziky sú rovnaké pre všetkých pozorovateľov v inerciálnych (nezrýchľujúcich) sústavách.
Konštantná rýchlosť svetla vo vákuu: Rýchlosť svetla vo vákuu (označovaná ako c) je rovnaká pre všetkých pozorovateľov, bez ohľadu na ich pohyb alebo pohyb zdroja svetla.
Táto druhá postulácia bola v rozpore s klasickou newtonovskou fyzikou a mala hlboké dôsledky pre naše chápanie času a priestoru:
Prepojenie priestoru a času (časopriestor): Einstein ukázal, že priestor a čas nie sú oddelené a nezávislé entity, ale sú neoddeliteľne prepojené do štvordimenzionálneho časopriestoru. Svetlo sa v tomto časopriestore vždy pohybuje po "priamke" (geodézike) konštantnou rýchlosťou.
Dilatácia času: Ak sa objekt pohybuje veľmi vysokou rýchlosťou (blízkou rýchlosti svetla), čas preň plynie pomalšie v porovnaní s pozorovateľom v pokoji. To je priamy dôsledok konštantnej rýchlosti svetla.
Kontrakcia dĺžky: Objekty sa javia kratšie v smere svojho pohybu, keď sa pohybujú veľmi rýchlo.
Relativita súčasnosti: Dve udalosti, ktoré sa javia ako súčasné pre jedného pozorovateľa, nemusia byť súčasné pre iného pozorovateľa, ktorý sa pohybuje inou rýchlosťou.
Všetky tieto javy sú priamym dôsledkom toho, že rýchlosť svetla je univerzálna konštanta a najvyššia možná rýchlosť vo vesmíre, ktorá "spája" čas a priestor.
Iní poprední astrofyzici a fyzici
Pred Einsteinom už existovali práce, ktoré naznačovali zvláštne vlastnosti svetla:
James Clerk Maxwell (19. storočie): Jeho Maxwellove rovnice elektromagnetizmu (z ktorých vyplýva existencia elektromagnetických vĺn, vrátane svetla) predpovedali, že svetlo sa pohybuje konštantnou rýchlosťou. To bolo prekvapenie, pretože to nezapadalo do vtedajšieho konceptu "éteru", ktorým sa malo svetlo šíriť.
Michelson-Morleyho experiment (1887): Tento experiment sa snažil dokázať existenciu "éteru", ale jeho výsledky ukázali, že rýchlosť svetla je vždy rovnaká bez ohľadu na smer pohybu Zeme. To bol kľúčový experimentálny dôkaz, ktorý pripravil pôdu pre Einsteinovu teóriu.
Od Einsteina sa teória relativity stala základným pilierom modernej fyziky a astrofyziky. Všetci astrofyzici, ktorí skúmajú vzdialené galaxie, čierne diery, kozmologický vývoj vesmíru a podobne, denne pracujú s týmito princípmi, pretože svetlo je ich hlavným nástrojom na pozorovanie vesmíru.
Takže áno, súvislosť medzi svetlom, časom a vzdialenosťou je hlboko zakorenená v samotnom základe našej fyziky a bola kľúčovo prepracovaná Albertom Einsteinom.