מהירות האור

מהירות האור בריק החלל היא 299,792 ק"מ בשנייה. האור הוא שיאן המהירות ואין דבר ביקום שיכול להאיץ מעבר לכך. אבל עד לא מזמן, הדעה הרווחת היתה שאור זז במהירות אינסופית. אמנם הפילוסוף היווני אמפודוקלס טען כבר לפני יותר מ- 2,400 שנה שהאור הוא משהו שנע וההיגיון שלו היה פשוט: אם האור יוצא מהשמש הרחוקה ומגיע אלנו הרי שהוא לא יכול לעשות את זה בזמן אפסי, אלא במהירות כלשהי. אריסטו טען לעומתו, שזמן אפסי דווקא נשמע לו הגיוני, והיה בטוח שמהירות האור היא אינסופית. במשך 2000 שנה בערך הרוב הסכים עם אריסטו.

 

המרדן הנודע הראשון שהעז לחלוק על אריסטו, וניסה למדוד את מהירות האור לפני כ-400 שנה, היה גלילאו גליליי. אלא שהוא הציע דרך נאיבית במקצת: שני אנשים זריזים אשר יעמדו בראשן של שתי גבעות המרוחקות זו מזו. אחד מהם יאחוז בידו פנס, וידליק אותו ברגע מסוים. חברו ירשום את הזמן המדויק שבו אור הפנס מגיע לעיניו. גלילאו ביצע את הניסוי עם עוזרו, והופתע לגלות שהאור הגיע לעיניו בדיוק ברגע שעוזרו הדליק את הפנס. 

 

למרבה המזל, גלילאו לא באמת היה תמים, ופשוט הסיק מהניסוי שלו שהאור מתפשט במהירות גדולה בהרבה ממה שהעריך. הגבעות היו פשוט קרובות מידי: האור, שבקלילות מקיף את כדור הארץ בערך 8 פעמים בשנייה אחת, עשה את דרכו לראש הגבעה בשבריר שנייה שאף אחד מהשעונים של ראשית המאה ה-17 לא היה מסוגל למדוד. בעצם, הניסוי הזה היה יכול להצליח יותר, אילו אחד מהנסיינים היה עומד רחוק יותר, נניח על ירח מרוחק הסובב סביב צדק. זה בדיוק היה הרעיון של האסטרונום הדֵני אולף רומר.

 

רומר אמנם לא יכל להגיע בשנת 1676 לירחים של צדק, אבל בהסתמך על תזמון הליקויים של איו, אחד מירחי צדק, רומר תהה אם ניתן לחשב את מהירות האור. ואכן, כריסטיאן הויגנס השתמש בחישובים של רומר כדי להעריך שמהירות האור היא 220,000 קילומטרים בשנייה – תוצאה לא מדויקת אך גם לא רעה, בהתחשב באמצעי המדידה של אותה תקופה. 

 

 

כך או כך, בסופו של דבר אמצעי המדידה השתכללו דיים כדי לאפשר מדידה כאן, בכדור הארץ, ובשנת 1887 מדדו אלברט מייקלסון ואדוארד מורלי לראשונה את מהירותו המדויקת של האור. אגב, לא מדובר רק באור שאנחנו רואים, כמו אור השמש או אור המנורה. חשוב להדגיש שהאור הנראה הוא רק חלק מתופעה רחבה יותר: "קרינה אלקטרומגנטית", החל מגלי רדיו ומיקרוגל, ועד לקרני רנטגן וקרינה רדיואקטיבית. כל סוגי הקרינה האלקטרומגנטית האלה, בין אם עינינו קולטות אותם או לא, נעים באותה מהירות קבועה. 

 

האם היא תמיד קבועה? מה אם היינו נותנים לאור תנופה, ויורים קרן לייזר תוך שאנחנו טסים בחללית בחלל? הרי אם היינו יורים קליע מאותה חללית, היינו צריכים להוסיף למהירות הקליע את מהירות החללית. מתברר שבניגוד להיגיון שלנו, מהירות האור היא אינה יחסית ואינה תלויה במהירותו של מקור האור, כפי שאלברט איינשטיין גילה. כלומר אי אפשר בעצם לרדוף אחרי קרן אור כי, בכל מהירות שבה נרדוף אחריה היא עדיין תתרחק מאיתנו במהירות האור. המהירות הזו קבועה בכל מקום ביקום והיא המהירות הגבוהה ביותר בטבע.

 

במרחקים הקצרים שאנחנו מכירים על כדור הארץ באמת קצת קשה לדמיין שלאור יש מהירות. כשאנו מדליקים את האור, הוא מגיע לעינינו מיד ולא נראה שהוא נע לעברנו במהירות כל שהיא. אבל בואו נצא לרגע מגבולות כדור הארץ למרחקים גדולים יותר. האור שיוצא מהשמש, לדוגמה, עובר מרחק של כ-150 מיליון קילומטרים עד הגיעו לכדור הארץ, ואת המרחק העצום הזה, עושה השיאן הבין-גלקטי שלנו ב-8 דקות בערך. אפשר לומר במילים אחרות שהשמש רחוקה 8 דקות אור מכדור-הארץ. בכלל, מרחקים אסטרונומים, מודדים על-פי הזמן שלוקח לאור לעבור אותם. שנת אור היא המרחק שהאור עובר בשנה:  9,460,800,000,000 קילומטרים.   

 

ישנם כוכבים שרחוקים מאיתנו אלפי ואף מיליוני שנות אור, וזה אומר שלאור היוצא מהם לוקח אלפי או מיליוני שנים להגיע אלינו. מה זה אומר? כשאנו מביטים בלילה אל הכוכבים בשמיים, ולעיננו מגיע אור של כוכב רחוק, הנמצא לדוגמה, מיליון שנות אור מכדור הארץ, מדובר באור שיצא מהכוכב לפני מיליון שנה ורק עכשיו הגיע לעינינו. אז אנחנו בעצם רואים את הכוכב כפי שהיה נראה לפני מיליון שנה! יתכן שהיום הוא נראה אחרת לגמרי או שאולי הוא כבר בכלל לא קיים...

אז מתברר שהטלסקופ הוא בעצם מכונת זמן משוכללת ביותר, וככל שנביט על אזורים רחוקים יותר בחלל כך נתבונן אחורנית בזמן, העובדה שלאור יש מהירות מסייעת לנו לחקור את התפתחותו של היקום. אחד העצמים המרוחקים ביותר שנצפו אי פעם הוא חור שחור במרחק 13.2 מיליארד שנות אור מאתנו. משמעות הדבר היא שאנו יכולים לצפות באירוע שהתרחש רק 690 מיליון שנה אחרי המפץ הגדול.