mostra estrelas, gás, radiação e buracos negros, entre outras fontes. Mas a luz que vem de todas essas fontes, de raios gama para visível à luz de rádio, sempre se move à mesma velocidade através do espaço vazio: a velocidade da luz no vácuo. NASA / ESA/SSC/CXC/STScI
não importa quão rápido você vá, há sempre uma coisa que você nunca será capaz de pegar: luz. A velocidade da luz não é apenas a velocidade mais rápida que qualquer coisa no universo pode viajar, é considerada como uma constante universal. Quer acendamos uma lanterna, olhemos para a Lua ou para o sol, ou medamos uma galáxia a milhares de milhões de anos-luz de distância, a velocidade da luz é a única coisa que nunca muda. Mas isso é mesmo verdade? É o que Violet Brettschneider quer saber:
a luz move-se sempre à mesma velocidade? Se ele é retardado por algo, will é ficar mais lento depois que ele não está mais sendo retardado para baixo? Vai acelerar até à velocidade da luz?
vamos começar com o que a luz é a um nível fundamental: uma partícula.
pode não parecer uma partícula quando você vê que vem de uma fonte de luz como uma lâmpada, UMA Lanterna, um ponteiro laser, ou até mesmo o sol, mas isso é porque não estamos bem equipados para ver partículas individuais. Se usarmos fotodetetores eletrônicos em vez de nossos olhos, descobrimos que toda a luz no universo é feita do mesmo tipo de partícula: o fóton. Tem algumas propriedades que são as mesmas entre todos os fótons:
- a sua massa (que é 0),
- a sua velocidade (que sempre é c, a velocidade da luz),
- seu spin (que é sempre 1, uma medida de seu momento angular intrínseco),
e um muito importante e varia: a sua energia. A luz violeta tem a maior energia de qualquer fóton que é visível para os olhos humanos, enquanto o vermelho tem a menor energia de qualquer fóton visível. A energias ainda mais baixas são infravermelhos, microondas e fótons de rádio, enquanto ultravioleta, raios-X e fótons de raios gama podem ser encontrados em energias mais altas.
que correspondem a várias partes do espectro electromagnético. A NASA e o usuário do Wikimedia Commons Indutiveload
através do vácuo do espaço, não importa qual seja sua energia, eles sempre viajam à velocidade da luz. Não importa o quão rápido você persegue ou corre em direção à luz, também; essa velocidade que você vê viajando sempre será a mesma. A coisa que muda, em vez de sua velocidade, será a energia da luz. Movam-se para a luz e ela parece mais azul, aumentando-a para energias mais altas. Afasta-te dele e parece mais vermelho, deslocado para energias mais baixas. Mas nada disso, não importa como você se move, como você faz a luz se mover, ou como você muda a energia, fará com que a velocidade da luz mude. O fóton de maior energia e o fóton de menor energia jamais observado viajam exatamente na mesma velocidade.
luz, incluindo o fóton, glúon e ondas gravitacionais, que carregam as interações eletromagnéticas, nucleares fortes e gravitacionais, respectivamente. NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet
mas se você está disposto a sair de um vácuo e em um material, é possível abrandar a luz. Qualquer material que seja transparente à luz terá esses fótons viajando através dele, incluindo água, acrílico, cristais, vidro e até mesmo ar. Mas porque existem partículas carregadas nesses materiais-elétrons em particular-eles interagem com os fótons de tal forma que eles os atrasam. A luz, apesar de não estar carregada, comporta-se como uma onda. À medida que um fóton se move através do espaço, ele exibe campos elétricos e magnéticos oscilantes, e pode interagir com partículas carregadas. Estas interacções atrasam – no, e fazem com que se mova a uma velocidade inferior à da luz, desde que estejam num material.
prism demonstra como a luz de diferentes energias se move a diferentes velocidades através de um meio, mas não através de um vácuo. Universidade de Iowa diferentes fótons têm energias diferentes, o que também significa que seus campos elétricos e magnéticos oscilam em diferentes taxas. Enquanto a velocidade de todos os diferentes tipos de luz é a mesma em um vácuo, essas velocidades podem ser diferentes em qualquer tipo de meio. Brilhar luz branca (composta de todas as cores) através de uma gota de água ou um prisma, e os fótons mais energéticos irão abrandar ainda mais do que os menos energéticos, fazendo com que as cores se separem.
É assim que a luz brilhante através de gotículas de água cria um arco-íris, porque fótons de diferentes energias interagem com as partículas carregadas em um meio (e desaceleram) por diferentes quantidades.
droplet result in light separating at a variety of angles, with red light moving faster and violet light moving slower through the medium of water. Science Learning Hub / public domain
What’s important to remember, though, in all of this, is that nothing is changing about the light itself. Não é perder energia.; não está mudando suas propriedades fundamentais, intrínsecas; não está se transformando em nada mais. Tudo o que está a mudar é o espaço à sua volta. Quando essa luz sai do meio e volta para o vácuo, volta a se mover à velocidade da luz no vácuo: 299.792.458 metros por segundo. De fato, a própria definição que temos de distância e tempo — o que define um “medidor” ou um “segundo” — vem da própria luz. Os átomos podem absorver ou emitir luz, dependendo de como os elétrons dentro de uma transição atômica.
Delta_f1, é a transição que define o medidor, o segundo e a velocidade da luz. A. Fischer et al., The Journal of the Acoustical Society of America (2013)
césio, the 55th element on the periodic table, has 55 electrons in a single, stable, neutral atom. Os primeiros 54 elétrons normalmente vivem no estado de menor energia, mas o 55º tem dois níveis de energia possíveis que pode ocupar que são extremamente próximos um do outro. Se ela transita da ligeiramente superior para a ligeiramente inferior, essa energia vai para um fóton de uma energia muito particular, bem definida. Se você tomar 9.992.631.770 ciclos desse fóton, é assim que definimos um segundo. Se você tomar a distância que viaja em 30.663319 ciclos (que é 9.992.631.770 dividido por 299.792.458), você obtém a definição de um metro.isto ensina-nos algo fenomenalmente profundo.: enquanto os átomos forem os mesmos em toda a parte do universo, então as nossas definições de tempo, comprimento e velocidade da luz nunca mudarão, não importa onde ou quando olhamos para o universo.
Universo, a física que governa os átomos, e portanto nossas definições de comprimento, tempo e velocidade da luz, são exatamente as mesmas. NASA, ESA / Hubble, HST Frontier Fields
então o que aprendemos, juntando tudo isso?
- luz, não importa quão alta ou baixa seja a energia, sempre se move à velocidade da luz, desde que ela esteja viajando pelo vácuo do espaço vazio.nada do que você faça ao seu próprio movimento ou ao movimento da luz irá mudar essa velocidade.ao passar essa luz para um meio não-vácuo, você pode mudar sua velocidade, desde que esteja nesse meio.
- A Luz de energia diferente irá mudar a sua velocidade em quantidades ligeiramente diferentes, dependendo das propriedades desse meio.uma vez que você deixa esse meio e volta para um vácuo novamente, essa luz volta a se mover à velocidade da luz.a velocidade da luz tem o mesmo valor de 299.792.458 m / s em todos os momentos e em todos os locais do universo.
em muitos aspectos, a luz é a partícula mais simples do universo. Embora se mova sempre à velocidade da luz, nem sempre se move através de um espaço completamente vazio. Enquanto houver matéria no universo que seja transparente à luz, não será capaz de evitar atrasá-la. Mas assim que a luz volta para o espaço vazio novamente, ela volta à velocidade da luz no vácuo, com cada fóton movendo-se como se nunca tivesse se movido a qualquer outra velocidade!
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