Ce este cu adevărat lumina? O enigmă a fizicii puţin descifrată

Pentru un observator care chiar călătoreşte cu viteza luminii, ecuaţiile relativităţii speciale prezic faptul că timpul ar ajunge într-un punct complet staţionar şi lungimea s-ar micşora la zero. Fizicienii de obicei evită să ia în consideraţie această stare ciudată a lucrurilor spunând că nimic nu poate atinge viteza luminii, aşa că nu trebuie să ne facem griji pentru lucrurile bizare care s-ar putea întâmpla la acea viteză.

Nu se poate atinge viteza luminii din cauza masei

Atunci când fizicienii spun că nimic nu poate atinge viteza luminii, se referă la obiectele care au masă. Einstein a arătat nu numai că spaţiul şi timpul se schimbă pe măsură ce creşte viteza, ci şi că masa face la fel. În cazul masei, totuşi, schimbarea este mai degrabă o creştere decât o descreştere; cu cât ceva se mişcă mai repede, cu atât mai mare îi devine masa. Dacă un obiect ar atinge vreodată viteza luminii, masa sa ar deveni infinită. Cu toate acestea, să mişti o masă infinită ar necesita o cantitate infinită de energie, mai multă energie decât există în întreg universul. Prin urmare se afirmă ca nimic nu poate atinge viteza luminii. Adică nimic în afară de lumină. Lumina călătoreşte la viteza luminii. Şi o poate face pentru că nu este un obiect material; masa sa este întotdeauna exact zero.

Lumina există în eternitate

Din moment ce lumina călătoreşte cu viteza luminii, haideţi să ne imaginăm un observator fără corp (minte pură fără masă) călătorind cu viteza luminii. Ecuaţiile lui Einstein ar prezice că, din punctul de vedere al luminii, ea nu parcurge nicio distanţă şi îi ia zero timp să o facă. Acest lucru ne îndreaptă atenţia spre ceva cu adevărat straniu despre lumină. Orice ar fi lumina, se pare că există pe un tărâm unde nu există un înainte sau un după. Există doar un acum.

De ce corpurile care strălucesc îşi schimbă culoarea?

Mai multe indicii despre ce este lumina – şi despre ceea ce nu este – se găsesc în cealaltă mare schimbare de paradigmă din fizica modernă, teoria cuantică. Ca şi în cazul relativităţii, anomalia care a declanşat această schimbare viza lumina.
Atunci când creşti temperatura unei bare de metal, ea capătă o strălucire de un roşu plat. Pe măsură ce se încălzeşte mai tare, culoarea se intensifică şi se schimbă din roşu în portocaliu, apoi în alb şi în final capătă o nuanţă albăstruie. De ce se întâmplă asta?

Conform fizicii clasice, toate corpurile care strălucesc ar trebui să radieze aceeaşi culoare, indiferent de temperatură.
În 1900, fizicianul german Max Planck şi-a dat seama că ar putea explica aceste schimbări de culoare dacă energia nu ar fi radiată într-un flux lin şi continuu, aşa cum se presupunea înainte, ci ar veni în pachete discrete sau cuante (din latinescul quantum, însemnând „cantitate”). El a susţinut că orice schimb de energie, fie că e un electron dintr-un atom care-şi schimbă orbita, fie că e încălzirea pielii la expunerea la soare, constă dintr-un număr de cuante întregi. Schimbul de energie poate să includă 1,2,5 sau 117 de cuante; dar nu jumătate de cuantum sau 3.6 de cuante. Atunci când Planck a aplicat această constrângere la lumina radiată de un obiect care străluceşte, a descoperit că duce precis la schimbările de culoare observate.

Lumina e formată din pachete de energie

Cinci ani mai târziu, în acelaşi an în care a publicat teoria sa de relativitate specială, Einstein a ajuns la o concluzie similară. El explora efectul fotoelectric nou-descoperit, în care lumina care străluceşte pe un metal poate declanşa eliberarea de electroni. Singurul mod prin care putea explica rata la care apăreau electronii a fost să presupună că lumina este transmisă ca un râu de particule sau de fotoni. Fiecare dintre aceşti fotoni era echivalent cu o cuantă de-a lui Planck sau pachete de energie.

Un cuantum poate fi cel mai mic pachet de energie care poate fi transmis, dar energia conţinută de un cuantum variază considerabil. Un foton de raze gama, spre exemplu, înglobează energie de miliarde de ori mai mare decât un foton infraroşu. Acesta este motivul pentru care sunt atât de periculoase razele gama, razele X şi chiar lumina ultravioletă, într-o anumită măsură. Atunci când aceşti fotoni se întâlnesc cu trupul tău, energia eliberată poate să distrugă moleculele unei celule. Pe de altă parte, atunci când un foton infraroşu este absorbit de către corp, energia eliberată este mult mai mică; tot ce face este să provoace vibraţia moleculelor încălzindu-te puţin.

Constanta lui Planck

Deşi cantitatea de energie dintr-un foton variază enorm, există un singur aspect fix al cuantumului. Fiecare cuantum are o cantitate constantă de acţiune. Matematicienii definesc acţiunea ca momentumul unui obiect multiplicat de distanţa pe care o parcurge, sau energia obiectului multiplicată cu timpul pe care îl petrece – cele două sunt echivalente. Cantitatea de acţiune dintr-o minge aruncată de-a lungul unui teren de fotbal, spre exemplu, ar fi mai mare decât aceeaşi minge aruncată la jumătate din această distanţă. Dacă dublezi masa mingii, dublezi acţiunea. Sau imaginaţi-vă că alergaţi cu o rată constantă de eliberare de energie. Dacă alergaţi de două ori mai mult, acţiunea se va dubla – ceea ce are sens în planul intuitiv.

Cantitatea de acţiune dintr-un cuantum este exagerat de mică, de aproximativ 662618 * 10 la puterea -27 erg.secunde – dar este întotdeauna exact aceeaşi cantitate. Aceasta se numeşte constanta lui Planck (după descoperitorul ei). Este a doua constantă universală care ia naştere din fizica modernă. Ca şi prima – viteza luminii -este o constantă de lumină. Lumina întotdeauna apare în unităţi identice de acţiune.

Lumina este dincolo de spaţiu şi de timp

Ca şi relativitatea, teoria cuantică indică faptul că lumina este dincolo de spaţiu şi timp. Ne putem gândi la foton ca fiind emis dintr-un punct oarecare din spaţiu care călătoreşte spre alt punct unde este absorbit. Dar teoria cuantică spune că nu ştim ce se întâmplă pe drum. Nici nu putem afirma că fotonul există între cele două puncte. Tot ce putem spune este că există un punct de emisie, un punct corespondent de absorbţie şi transferul unei acţiuni de o unitate între cele două.

Kant a afirmat că noumenul – „lucrul-în-sine”, realitatea fizică reţinută de simţuri şi interpretată de minte, dar niciodată experimentată direct — transcende spaţiul şi timpul.

O sută douăzeci de ani mai târziu îl găsim pe Einstein care îl susţine pe Kant. Timpul şi spaţiul nu sunt absolute. Ele nu sunt decât două apariţii diferite ale unei realităţi mai adânci, continuumul spaţiu-timp – ceva dincolo şi de spaţiu şi de timp, dar cu potenţialul de a se manifesta ca spaţiu şi timp. Dar continuumul spaţiu-timp în sine, ca şi noumenul lui Kant, nu este cunoscut direct.

Nu putem vedea niciodată lumina în sine

Lumina are şi ea calităţi pe care nu le putem cunoaşte. Nu vedem niciodată lumina în sine. Lumina care loveşte ochiul este cunoscută doar prin energia pe care o eliberează. Această energie se transformă într-o imagine vizuală în minte. Deşi imaginea pare să fie compusă din lumină, lumina pe care o vedem este o calitate care apare în conştiinţă. Ceea ce e lumina de fapt, nu ştim direct.

Lumina pare să fie dincolo de raţiune şi de înţelegerea simţului comun, o descoperire care din nou e o paralelă la concluziile lui Kant. Raţiunea, a spus el, nu este o calitate intrinsecă a noumenului, ci, ca şi spaţiul şi timpul, face parte din modul în care mintea dă un sens lucrurilor. Dacă e aşa, n-ar trebui să fie surprinzător că minţilor noastre le e atât de greu să înţeleagă natura luminii. E posibil să nu fim niciodată capabili să înţelegem natura luminii. Cu lumina, s-ar putea să fi atins limita capacităţilor noastre de cunoaştere.

(Fragment din cartea PETER RUSSELL – “De la stiinta la Dumnezeu”). Această carte minunată o puteţi cumpăra de AICI: http://www.librarie.almeea.com/peter-russell-de-la-stiinta-la-dumnezeu/

ATENTIE! Intrucat nu toate sursele sunt de incredere si, uneori, este foarte greu pentru a fi verificate, unele articole de pe site-ul lovendal.ro trebuie sa fie luate cu precautie. Site-ul acesta nu pretinde ca toate articolele sunt 100% reale, scopul fiind acela de a prezenta mai multe puncte de vedere si opinii asupra unui anumit subiect (chiar daca acestea par a fi contradictorii). Asadar, erorile si ambiguitatile nu pot fi excluse complet. Prin urmare, nu ne asumam nicio responsabilitate pentru actualitatea, acuratetea, caracterul complet sau calitatea informatiilor furnizate. Utilizatorii folosesc continutul acestui site pe propriul risc.