Sve čestice bez mase putuju brzinom svjetlosti, uključujući foton, gluon i gravitacijske valove, koji nose elektromagnetske, snažne nuklearne i gravitacijske interakcije. Čestice s masom moraju uvijek putovati pri brzinama ispod brzine svjetlosti, a u našem Svemiru postoji i još restriktivnija granična vrijednost.
Kad je riječ o ograničenjima brzine, ultimativno određeno pravnim propisima fizike je brzina svjetlosti. Kao što je Albert Einstein prvi put shvatio, svi koji gledaju svjetlosnu zraku vide da se čini da se kreću istom brzinom, bez obzira na to li se kreće prema vama ili od vas. Bez obzira koliko brzo putujete ili u kojem smjeru, sva se svjetlost uvijek kreće istom brzinom, a to vrijedi i za sve promatrače u svakom trenutku. Štoviše, sve što je napravljeno od materije može samo pristupiti, ali nikad ne doseći brzinu svjetlosti. Ako nemate mase, morate se kretati brzinom svjetlosti; ako imate masu, nikad to ne možete postići.
Ali praktički, u našem Svemiru postoji još ograničavajuća brzina za materijal, a niža je od brzine svjetlosti. Evo naučne priče o stvarnom kozmičkom ograničenju brzine.
Svjetlost, u vakuumu, uvijek se čini da se kreće istom brzinom, brzinom svjetlosti, bez obzira na brzinu promatrača.
Kada naučnici govore o brzini svetlosti – 299.792.458 m / s – implicitno podrazumjevamo “brzinu svetlosti u vakuumu”. Samo u odsustvu čestica, polja ili medija za putovanje možemo da dosegnemo ovu krajnju kosmičku brzinu. Čak i na tome, to su samo zaista bezmasivne čestice i talasi koji mogu postići ovu brzinu. Ovo uključuje fotone, gluone i gravitacione talase, ali ništa drugo o čemu znamo.
Kvarkovi, leptoni, neutrini, pa čak i pretpostavljena tamna materija imaju sve mase koje su svojstvene njima. Objekti napravljeni od ovih čestica, kao što su protoni, atomi i ljudska bića, imaju i masu. Kao rezultat, oni mogu pristupiti, ali nikada ne dosegnu brzinu svjetlosti u vakuumu. Bez obzira koliko energije unosite u njih, brzina svetlosti, čak i u vakuumu, zauvijek će biti manja.
Hiperdrive iz Star Wars-a prikazuju ultra-relativističko kretanje kroz svemir, ekstremno blizu brzini svetlosti. Ali, prema zakonima relativnosti, nikada ne možete da dosegnete, mnogo manje prevazilazite brzinu svjetlosti ako ste napravljeni od materije.
Ali ne postoji takva stvar, praktično, kao savršen vakuum. Čak i u najdubljem prostoru intergalaktičkog prostora, postoje tri stvari koje se ne možete osloboditi.
WHIM: topli međugalaktički medijum. Ova tanka, rijetka plazma je ostatak iz kosmičke mreže. Dok je bitno pramenovima u zvezde, galaksije, i veće grupe, djelić to pitanje ostaje u velikoj praznine svemira. Starlight ga jonizuje, stvarajući plazmu koja može da čini oko 50% ukupne normalne materije u svemiru.
CMB: kosmička mikrotalasna pozadina. Ovo preostalo kupatilo fotona potiče iz Velikog praska, gde je bilo izuzetno visokih energija. Čak i danas, na temperaturama od samo 2,7 stepeni iznad nule imamo preko 400 CMB fotona po kubnom centimetru prostora.
CNB: kosmičko neutrino pozadinsko zračenje. Veliki ekspres, pored fotona, stvara kupatilo neutrina. Brojni protoni padaju u galaksije i klastere, ali mnogi ostaju u intergalaktičkom prostoru.
U pogledu multi-talasne dužine galaktičkog centra prikazani su zvijezde, gas, zračenje i crne rupe, između ostalih izvora. Ali svjetlost koja dolazi od svih ovih izvora, od gama zraka do vidljivog radio-svjetla, može samo da prikaže šta su naši instrumenti dovoljno osjetljivi da otkriju od 25.000 svetlosnih godina daleko.
Svaka čestica koja putuje kroz Univerzum će naići na čestice od WHIM-a, neutrino iz CNB-a, i fotone iz CMB-a. Iako su oni najmanji energetski objekti, CMB fotoni su najmasovnije i jednako raspoređene čestice. Bez obzira kako ste generirani ili koliko imate energije, nije stvarno moguće izbjeći interakciju s ovom radijacijom od 13,8 milijardi godina.
Kada razmišljamo o česticama sa najvišom energijom u Univerzumu – tj. Onima koji će se kretati najbrže – u potpunosti očekujemo da će biti generirani pod najekstremnijim uslovima koje Univerzum nudi. To znači da mislimo da ćemo ih naći gdje su najviše energije i polja najjača: u blizini srušenih objekata poput neutronskih zvijezda i crnih rupa.
Svaka čestica koja putuje kroz Univerzum će naići na čestice od WHIM-a, neutrino iz CNB-a, i fotone iz CMB-a. Iako su oni najmanji energetski objekti, CMB fotoni su najmasovnije i jednako raspoređene čestice svih. Bez obzira kako ste generirani ili koliko imate energije, nije stvarno moguće izbjeći interakciju s ovim radijacijom od 13,8 milijardi godina.
Kada razmišljamo o česticama sa najvišom energijom u Univerzumu – tj. Onima koji će se kretati najbrže – u potpunosti očekujemo da će biti generirani pod najekstremnijim uslovima koje Univerzum nudi. To znači da mislimo da ćemo ih naći gdje su najviše energije i polja najjača: u blizini srušenih objekata poput neutronskih zvezda i crnih rupa.
U ovom umetničkom renderingu, blazar ubrzava protone koji proizvode pione, koji proizvode neutrino i gama.
Neutronske zvijezde i crna rupa su tamo gde ne možete pronaći najjače gravitacione polja u svemiru, već – u teoriji – i najjača elektromagnetna polja. Izuzetno jaka polja se generišu punjenjem čestica, bilo na površini neutronske zvezde ili na akrecijskom disku oko crne rupe, koje se kreću bliskom brzini svetlosti. Pokretne naelektrisane čestice generišu magnetna polja, a kako se čestice kreću kroz ova polja, one ubrzavaju.
Ovo ubrzanje ne uzrokuje samo emisiju svetlosti nebrojenih talasnih dužina, od rendgenskih zraka do radio talasa, već i najbržih, najvećih čestica ikada vidjenih: kosmički zraci.
Umetnički utisak o aktivnom galaktičkom jezgru. Supermasivna crna rupa u centru akretionog diska šalje uski visoko-energetski mlaz materije u prostor, pravokutno na disk. Blazar od oko 4 milijarde svetlosnih godina je porijeklo mnogih kosmičkih zraka i neutrina sa najvišom energijom.
Dok Veliki Hadron Collider ubrzava čestice ovde na Zemlji do maksimalne brzine od 299,792,455 m / s, ili 99,999999% brzine svetlosti, kosmički zraci mogu razbiti tu barijeru. Najveći energetski kosmički zraci imaju približno 36 miliona puta veću energiju najbržih protona ikada stvorenih na Large Hadron Collider. Pod pretpostavkom da su ovi kosmički zraci izrađeni od protona, daje brzinu od 299,792,457.99999999999992 m / s, što je izuzetno blizu, ali i dalje ispod, brzine svjetlosti u vakuumu.
Postoji sasvim dobar razlog da ih vremenom dobijemo, ovi kosmički zraci nisu više energetski od ovoga.
Preostali sjaj iz Velikog praska, CMB, prožima cijeli Univerzum. Kako čestica leti kroz prostor, stalno ga bombarduju CMB fotoni. Ako su energetski uslovi u pravu, čak i sukob niskog energetskog fotona poput ovog ima priliku da stvori nove čestice.
Problem je u tome što prostor nije vakuum. Konkretno, CMB će imati svoje fotone da se sudaraju i sarađuju sa ovim česticama dok putuju kroz Univerzum. Bez obzira koliko je energija od čestice koju ste napravili, ona mora proći kroz radijsku kupku koja je ostala od Velikog praska da bi došla do vas.
Iako je ovo zračenje nevjerovatno hladno, pri prosječnoj temperaturi od nekih 2.725 Kelvina, srednja energija svakog fotona unutra nije zanemarljiva; oko 0.00023 elektronskih volta. Iako je to mali broj, kosmički zraci koji ga udaraju mogu biti nevjerovatno energični. Svaki put kada visoko-energijski punjena čestica stupi u vezu sa fotonom, ona ima istu mogućnost da sve interakcije čestice imaju: ako je energetski dozvoljeno, E = mc2, onda postoji šansa da može stvoriti novu česticu!
Postoji ograničenje brzine za čestice koje putuju kroz Univerzum i nije brzina svetlosti. Umesto toga, to je vrijednost koja je vrlo malo niža, diktirana količinom energije u ostavljenom sjaju iz Velikog praska. Kako Univerzum nastavlja da se širi i ohladi, ta ograničenja brzine polako će se povećavati u odnosu na kosmičke vremenske rokove, sve više približavajući brzini svjetlosti. Ali zapamtite, dok putujete kroz Univerzum, ako jurite previše brzo, čak i radijacija koja je ostala od Velikog praska može vas spržiti. Dok god ste napravljeni od materije, postoji kosmičko ograničenje brzine koje jednostavno ne možete prevazići.
Izvor: Forbes
