Kan materia färdas fortare än ljuset?
Det kan vara möjligt för en raket som är långt ifrån andra objekt att färdas i en hastighet fortare än ljusets. (Courtesy of NASA/JPL-Caltech)


Ljus färdas med en konstant hastighet i vakuum, närmare 300 000 km per sekund. Enligt Einsteins allmänna relativitetsteori är det inte möjligt för materia att uppnå eller överskrida denna hastighet. Om materia närmar sig eller uppnår ljusets hastighet så omvandlas materian enligt relativitetsteorin till energi.

Ett internationellt forskningsteam har emellertid publicerat en artikel i september 2011 som visar att subatomära partiklar faktiskt kan färdas fortare än ljuset och att de inte omvandlas till energi.

Mätningar som gjorts under tre år har visat att neutriner som pumpats från CERN (Europeiska organisationen för kärnforskning) nära Genève till Gran Sasso i Italien, kom fram i helt skick 60 nanosekunder snabbare än det skulle ha tagit för ljuset.

Ett uppföljande test som publicerades i november bekräftade fyndet. Vidare skrev Jagadheep Pandian på Max Planck Institute för Radio Astronomy 2002: ”Det finns inget som hindrar att objekt som är åtskilda med enorma avstånd, rör sig snabbare än ljusets hastighet i förhållande till varandra.”

Eftersom neutriner har så väldigt liten massa färdas en del av dem ”relativt” långt ifrån annan materia, vilket skulle kunna göra det möjligt för dem att överskrida ljusets hastighet.

Låt oss därför betänka ett hypotetiskt experiment i vilket en rymdbesättning befinner sig i en raket som är identisk med en liten lägenhet utan fönster. Efter att den lämnat jordens gravitation kan vi anta att den färdas långt bort från jorden i en ”rak” linje, och håller sig långt borta från andra objekt, med en acceleration som efterliknar jordens gravitationsfält.

Efter att raketen lämnat jordens gravitationsfält skulle den gradvis uppnå en acceleration på 9,81 m/s2, för att upprätthålla känslan av gravitation på jorden. Golvet i raketen skulle vara vänt mot jorden så att personerna inuti kände sig som om de fortfarande gick runt i en anläggning på jorden.

Efter 353 dagar skulle raketen närma sig ljusets hastighet, men cellerna i personernas kroppar skulle inte få någon indikation på att detta hände. Alla deras molekyler och atomer skulle fortfarande känna sig som om de var kvar på jorden, eftersom gravitationens påverkan på dem inte skulle ha förändrats alls.

Med fördragna fönster skulle personerna själva inte ha lagt märke till att ljuset från solen hade skiftat till rött och till slut försvunnit, eftersom de rör sig bort från solen med högre hastighet än ljuset. Solljuset skulle alltså inte längre kunna nå deras raket.

Inom några få dagar skulle raketen röra sig med en hastighet väsentligt högre än ljusets hastighet, i relation till deras ursprungliga hastighet. Som Chou med flera nyligen konstaterade i en artikel i tidskriften Science skulle inte heller hastigheten på deras åldrande ha förändrats. Han visade att åldrande och klockans hastighet bara påverkas av en förändring i gravitationen, inte genom förändring av hastigheten.

Om raketen försökte passera förbi ett relativt närliggande objekt skulle förstås gravitationen inte låta den överskrida ljusets hastighet eftersom molekylerna och atomerna i människorna och raketen skulle omvandlas till energi. (I en sådan situation skulle raketen i själva verket aldrig uppnå ljusets hastighet eftersom gravitationskraften skulle kräva mer energi än som finns tillgängligt.)

Låt oss nu anta att raketen börjar sakta ned med 9,81 m/s2. Farkosten skulle vända sig 180 grader så att man kände det som om man fortfarande var på jorden om man befann sig på golvet mot framsidan. Efter ytterligare 355 dagar skulle rymdskeppet ha saktat ned till 0 km/h (relativt dess hastighet när det lämnade jorden). Den skulle vända sig på nytt och göra om samma resa tills besättningen landade på jorden 1420 dagar efter att man lämnade jorden.

Ingen skulle ha känt någon påverkan från gravitationen (inga centrifugalkrafter heller på den här resan). Levnadsförhållandena skulle inte ha varit annorlunda jämfört med för dem som hade stannat på jorden, förutom att besättningen varit instängd i en liten farkost i nästan fyra år. Trots allmänna relativitetsteorins förutsägelse i relation till den hastighet de uppnådde tycks det inte heller finnas något skäl att tro att de inte skulle ha kunnat överskrida ljusets hastighet utan att omvandlas till energi eller åldras annorlunda jämfört med dem som var kvar på jorden.

Ovanstående hypotetiska experiment skulle kräva en enorm mängd raketbränsle, och vi skulle aldrig skicka iväg människor på en sådan riskabel resa, men kanske skulle ett enklare experiment kunna fungera. Möjligen skulle en liten atomklocka med en sändare kunna accelereras långsamt ut i yttre rymden. Det relativa avståndet till närliggande föremål skulle vara mycket större än i ovanstående hypotetiska experiment, något som krävs om ett objekt ska närma sig och överskrida ljusets hastighet.

Medan klockan rusade iväg från jorden skulle tiden som mottogs på jorden verka långsammare och långsammare (på grund av dopplereffekten). När klockan till slut uppnådde och överskred ljusets hastighet relativt jorden skulle vi inte ta emot några fler signaler.

Raketen skulle ha programmerats för att då börja minska sin hastighet, och om klockan/raketen faktiskt överlevde skulle vi på jorden återigen börja motta signaler när farkosten förflyttade sig bortåt med en hastighet mindre än ljusets (relativt jorden). Om inga flera signaler mottogs (eller om signalerna aldrig försvann) skulle man troligen dra slutsatsen att det är omöjligt att närma sig eller överskrida ljusets hastighet.

George Bushell är en pensionerad forskare i operationsanalys med bas i Ottawa i Kanada, som också har studerat meteorlogi, klimatologi, glaciologi och kosmologi.

Översatt från engelska.