به گفته دانشمندان سرعت نور ثابته که با C نشونش میدن و میگن در فضای خلاء برابر با ۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ متر بر ثانیه است. در واقع، این سرعت به گفته دانشمندان بالاترین سرعتیه که در این عالم مادی میشه بهش رسید (این ثابت بودن سرعت نور در خلاء به قدری فرض محکم و پذیرفته شده‌ایه که اساس نسبیت خاص رو تشکیل میده).
آزمایشات بسیاری هم نشون داده که این گزاره درسته. یه آزمایش ساده اینه (برای ساده‌کردن مسأله، مثل دیگران فرض میکنم سرعت نور 300 هزار کیلومتر در ثانیه باشه):
فرض کنید یه منبع نور داریم که در فاصله 300 هزار کیلومتری از یه گیرنده قرار داره. منبع نور و گیرنده هر دو ساکن‌اند. اگه ما در لحظه صفر از این منبع یه فوتون نور (در فیزیک جدید به ذره حامل انرژی نور میگن فوتون) به سمت اون گیرنده ساطع کنیم، یک ثانیه طول میکشه تا فوتون به گیرنده برسه.
حالا فرض کنید منبع نور ثابت نیست و داره با سرعت مثلاً 100 هزار کیلومتر در ثانیه به سمت گیرنده حرکت میکنه. البته برای اینکه دقیق بشم، باید بگم که فرض کنید این منبع از فاصله 400 هزار کیلومتری گیرنده با سرعت ثابت 100 هزار کیلومتر بر ثانیه شروع به حرکت میکنه. یک ثانیه طول میکشه تا این منبع برسه به فاصله 300 هزار کیلومتری از گیرنده. در تمام مدت این منبع خاموشه، اما وقتی دقیقا به فاصله 300 هزار کیلومتری گیرنده برسه، یه لحظه روشنش می‌کنیم و یه فوتون به سمت گیرنده شلیک میشه. در این حالت هم یک ثانیه طول خواهد کشید تا فوتون به گیرنده برسه.
آزمایش به ما میگه منبع نور حرکت بکنه یا نه، سرعت نوری که ازش ساطع میشه، ثابت باقی خواهد ماند.
این برخلاف تجربه ما با اجسام معمولیه. یعنی اگه من یه جسم رو پرتاب کنم، بسته به اینکه ساکن باشم یا متحرک، سرعت جسم وقتی که از دست من رها میشه، تفاوت خواهد کرد. به نظر می‌رسه در مورد نور این مسأله صادق نیست.
اما واقعاً همینه؟ شاید این فقط ظاهر کار باشه. شاید سرعت نور هم بسته به سرعت منبع ساطع‌کننده‌اش زیاد و کم بشه. توضیح میدم.
در فیزیک چیزی داریم به نام اثر دوپلر. به قول ویکی‌پدیا:
اثر دوپلر (به انگلیسی: Doppler effect) در فیزیک امواج می‌گوید که بسامد یک موج بر اثر حرکت فرستنده یا گیرندهٔ آن تغییر می‌کند. این پدیده را کریستیان یوهان دوپلر (۱۸۰۳-۱۸۵۳ میلادی) فیزیکدان اتریشی در مقاله‌ای در سال ۱۸۴۲ بیان کرد. اثر دوپلر در همهٔ امواج مانند امواج صوتی و امواج الکترومغناطیسی (نور) دیده می‌شود.
وقتی گفته میشه که بسامد یه موج الکترومغناطیس بسته به حرکت فرستنده تغییر میکنه، یعنی طول موج هم تغییر خواهد کرد.
احتمالا با موج آشنایید و می‌دونید چیزی که موج به این شکل حرکت میکنه:
رابطه طول موج و بسامد و سرعت موج چیه؟ به گفته ویکی‌پدیا:
طولِ‌موج (به انگلیسی: Wavelength) به فاصله بین دو قله متوالی موج (یا بین هر دو نقطه تکراری موج که شکل یکسان دارند) گفته می‌شود و آن را با ?(لاندا) نشان می‌دهند. برای دو موجی که دارای سرعت یکسان باشند، موجی که دارای بسامد (فرکانس) بالاتری است طول موج کوتاه‌تر دارد و موجی که بسامد پایین‌تری دارد، طول موج بلندتری دارد.
حالا بیایید دو آزمایش بالا رو با وارد کردن اثر دوپلر بررسی کنیم. اثبات میکنم اگه اثر دوپلر رو وارد کنیم، سرعت نور هم با حرکت منبع ساطع‌کننده‌اش عوض خواهد شد.
فوتون نور در فضا به صورت یه موج حرکت میکنه. یعنی فوتون در طول مسیرش به صورت خط مستقیم حرکت نمی‌کنه بلکه در طول یه خط مستقیم بالا و پایین میره.
فرض کنیم فوتونی که در آزمایش بالا از منبع نور ساکن ساطع میشه، طول موجی معادل 100 هزار کیلومتر داشته باشه. اما وقتی این منبع نور با سرعت به سمت گیرنده در حال حرکت باشه، طول موج کاهش خواهد یافت (فرض کنیم بشه 1000 کیلومتر).
من صرفا فرض میکنم. اینکه سرعت منبع چقدر در کاهش طول موج و یا افزایش بسامد نقش داشته باشه، از طریق فرمول‌های مشخص به دست میاد. اما من فعلا همینجوری فرض میکنم.
پس در حالت اول، یعنی در حالت سکون منبع نور، مسیر فوتون ما چنین چیزی خواهد بود:
اما در حالت دوم، فوتون مثلا چنین مسیری طی میکنه:
مشخصا فوتون ما در حالت دوم مسیر طولانی‌تری طی میکنه. چون هر چقدر طول موج کم‌تر بشه، فوتون مسیر بیشتری طی میکنه.
ما در ظاهر می‌بینیم که هر دو فوتون 300 هزار کیلومتر طی کردند. اما در حقیقت فوتون دوم مسیر بزرگتری طی کرده تا به مقصد رسیده، یعنی در طول همین 300 هزار کیلومتر، بیشتر بالا و پایین رفته و در نتیجه مسیر بیشتری طی کرده.
با توجه به اینکه هر دو فوتون این مسیر رو در زمانی یکسان طی کردند، پس میشه نتیجه گرفت که فوتون دوم سرعتش بیشتر بوده. چون سرعت از طریق تقسیم مسافت طی شده بر زمان طی مسافت به دست میاد. اگه زمان ثابته (هر دو یک ثانیه این مسیر رو رفتند) و اگه فوتون دوم مسیر بیشتری طی کرده، پس باید سرعت بیشتری هم داشته باشه.
در واقع، ما به اشتباه خیال می‌کنیم تمام امواج الکترومغناطیس با طول موج‌ها و یا بسامدهای مختلف سرعت یکسانی دارند. اما در حقیقت، هر موج بسته به طول موج و یا بسامدش سرعتش فرق داره.
پ.ن 1: گفتم که ثابت بودن سرعت نور به قدری پذیرفته است که اساس نظریه نسبیت خاص اینشتاینه. اینکه گفته میشه وقتی یه چیز با یه سرعت یکنواخت در حال حرکت باشه، زمان براش کند خواهد گذشت، ریشه در همین ثابت بودن سرعت نور داره. حالا یا من اشتباه میکنم یا اینشتاین. امیدوارم اگه من اشتباه میکنم، یه فیزیکدان پیدا بشه اشتباهم رو نشون بده.
پ.ن 2: شاید هم اینشتاین اشتباه کرده. اینشتاین که خدا نیست.
پ.ن 3: وقتی در مورد فقه نظر دادم، یه مشت آخوند بی‌سواد به جای اینکه جواب بدن، به من انگ بی‌سوادی زدند. ببینیم اینجا فیزیک‌دانان چه می‌کنند. کسی که جواب نداشته باشه، به من انگ خواهد زد که نسبیت خاص رو نفهمیدم.
پ.ن 4: چون سر و ته یه کرباسند.
