هل سرعة الضوء حقًا 300 ألف كيلومتر في الثانية؟ الحقيقة التي لم يخبرونا بها!
منذ أيام الدراسة، كنا نسمع دائمًا أن سرعة الضوء تبلغ 300 ألف كيلومتر في الثانية، وكأنها حقيقة مطلقة لا تقبل الجدل. أجبنا بها في الامتحانات، وأكدها لنا المعلمون بفخر. ولكن هل تساءلت يومًا عن مدى دقة هذا الرقم؟ كيف تم قياس شيء بهذه السرعة المذهلة؟ بل هل من الممكن أصلًا قياس سرعة الضوء في اتجاه واحد؟
في هذا المقال المثير، سنكشف عن حقائق علمية قد تصدمك، ونتحدث عن الأسباب التي تجعل الإجابة على سؤال "كم تبلغ سرعة الضوء؟" أكثر تعقيدًا مما تظن.
كيف تم قياس سرعة الضوء؟
في عام 1849، حاول العالم الفرنسي إيبوليت فيزو قياس سرعة الضوء باستخدام تجربة ذكية. قام فيزو بإرسال شعاع ضوئي عبر عجلة مسننة إلى مرآة تبعد 8 كيلومترات.
عندما انعكس الضوء وعاد إلى العجلة، تمكن من حساب سرعة الضوء بناءً على دوران العجلة. توصل فيزو إلى أن سرعة الضوء تبلغ 313 ألف كيلومتر في الثانية. هذا الرقم قريب جدًا من الرقم المعروف اليوم، ولكنه ليس دقيقًا تمامًا.
لكن هنا تكمن المعضلة: هذه التجربة وغيرها من التجارب اللاحقة لم تقس سرعة الضوء في اتجاه واحد فقط، بل قاست السرعة ذهابًا وإيابًا.
لماذا يصعب قياس سرعة الضوء في اتجاه واحد؟
- التزامن بين الساعات: لقياس سرعة الضوء في اتجاه واحد، تحتاج إلى ساعتين متزامنتين (واحدة عند نقطة الإرسال وأخرى عند نقطة الاستقبال)، المشكلة أن مزامنة الساعتين تتطلب إرسال إشارة بينهما، وهذه الإشارة تتحرك بسرعة الضوء نفسها. لكنك تفترض ضمنيًا معرفة سرعة الضوء أثناء القيام بعملية التزامن.
- اتفاقية التزامن:الفيزيائي ألبرت أينشتاين اقترح أنه يجب افتراض أن سرعة الضوء متساوية في جميع الاتجاهات لتجنب التناقضات. هذا يسمى بـ اتفاقية التزامن لأينشتاين، وهو اختيار عملي وليس قانونًا مثبتًا.
- قياس سرعة الضوء: جميع القياسات الدقيقة لسرعة الضوء تعتمد على الرحلة ذهابًا وإيابًا (two-way speed of light)، حيث ينتقل الضوء إلى مرآة ويعود. في هذه الحالة، التزامن غير مطلوب لأن نفس الساعة تُستخدم عند نقطة البداية.
ماذا لو كانت سرعة الضوء غير متساوية في جميع الاتجاهات؟
من المستحيل تجريبيًا التحقق من ذلك، لأن أي تغير افتراضي في سرعة الضوء سيتم تفسيره كتغير في طريقة قياسنا أو في الزمن المستخدم.
الفيزياء الحديثة تعتمد على افتراض أن سرعة الضوء ثابتة في جميع الاتجاهات (في الفراغ)، لأن ذلك يسهل صياغة القوانين الفيزيائية مثل نسبية أينشتاين.
الخلاصة:
لا يمكن قياس سرعة الضوء في اتجاه واحد بشكل مباشر بسبب قيود تقنية وفلسفية تتعلق بالتزامن. ما نستطيع قياسه بدقة هو سرعة الضوء ذهابًا وإيابًا، وهذا هو الأساس في الفيزياء الحالية.
المصادر: