Mengapa Kelajuan Cahaya?

Apa yang istimewa tentang cahaya yang kelajuannya perlu memikirkan dalam struktur asas ruang dan masa dan realiti kita? Ini adalah soalan yang telah nagged ramai saintis sejak Albert Einstein diterbitkan Mengenai elektrodinamika daripada masa kira-kira Badan 100 tahun yang lalu.

Dalam usaha untuk memahami specialness cahaya di dalam ruang dan masa kita, kita perlu melihat cara kita melihat dunia di sekeliling kita dan bagaimana realiti dicipta di dalam otak kita. Kita melihat dunia kita menggunakan pancaindera kita. Isyarat deria yang pancaindera kita mengumpul kemudiannya disampaikan kepada otak kita. Otak mewujudkan model kognitif, perwakilan input deria, dan mempersembahkannya kepada kesedaran sedar kita sebagai realiti. Realiti visual kami terdiri daripada ruang yang banyak seperti dunia pendengaran kami terdiri daripada bunyi.

Sama seperti bunyi adalah pengalaman persepsi dan bukannya harta asas realiti fizikal, ruang juga adalah pengalaman, atau perwakilan kognitif input visual, tidak merupakan aspek asas “dunia” pancaindera kita cuba untuk mengesan.

Ruang dan masa bersama-sama membentuk apa yang difikirkan fizik berasaskan realiti. Satu-satunya cara kita boleh memahami batasan dalam realiti kita adalah dengan mengkaji batasan dalam pancaindera kita sendiri.

Di peringkat asas, bagaimana pancaindera kita berfungsi? Pancaindera penglihatan kita beroperasi menggunakan cahaya, dan interaksi asas yang terlibat dalam mata jatuh dalam elektromagnet (DALAM) kategori kerana cahaya (atau foton) adalah perantara interaksi EM. Ciri eksklusif interaksi EM tidak terhad kepada rangkaian kami rasa panjang penglihatan; semua deria jarak dekat (menyentuh, rasa, bau dan pendengaran) juga EM dalam alam semula jadi. Untuk memahami batasan persepsi kita ruang, kita tidak perlu menyerlahkan sifat EM semua pancaindera kita. Ruang adalah, oleh dan besar, hasil daripada rasa penglihatan kami. Tetapi ia adalah berbaloi untuk ingat bahawa kita tidak mempunyai penderiaan, dan memang ada realiti, jika tiada interaksi EM.

Seperti pancaindera kita, semua sambungan teknologi kami kepada pancaindera kita (seperti teleskop radio, mikroskop elektron, ukuran Redshift malah lensing graviti) menggunakan interaksi EM secara eksklusif untuk mengukur alam semesta kita. Oleh itu, kita tidak dapat lari daripada kekangan asas persepsi kita walaupun kita menggunakan instrumen moden. Teleskop Hubble boleh melihat satu bilion tahun cahaya lebih jauh daripada mata kasar, tetapi apa yang ia lihat masih satu bilion tahun lebih tua daripada apa yang mata kita lihat. Prasangka yang makin kami, sama ada dibina di atas input deria langsung atau teknologi yang dipertingkatkan, adalah subset zarah elektromagnet dan interaksi hanya. Ia adalah unjuran zarah EM dan interaksi ke angkasa deria dan kognitif kami, unjuran mungkin tidak sempurna.

Kenyataan mengenai eksklusif interaksi EM dalam prasangka yang makin kami sering bertemu dengan sedikit keraguan, terutamanya disebabkan oleh salah faham bahawa kita dapat rasa graviti secara terus. Kekeliruan ini timbul kerana badan kita adalah tertakluk kepada graviti. Ada perbezaan halus antara “tertakluk kepada” dan “dapat rasa” daya graviti.

Perbezaan ini digambarkan oleh satu eksperimen fikiran mudah: Bayangkan subjek manusia diletakkan di hadapan objek yang dibuat sepenuhnya daripada perkara gelap kosmologi. Tidak ada perkara lain yang boleh dilihat di mana-mana mata pelajaran yang boleh melihatnya. Memandangkan perkara itu gelap mengenakan daya graviti mengenai subjek ini, dia akan dapat mengesan kehadirannya? Dia akan ditarik ke arahnya, tetapi bagaimana ia akan tahu bahawa dia sedang ditarik atau bahawa dia sedang bergerak? Beliau mungkin boleh mereka bentuk beberapa aneh mekanikal untuk mengesan graviti objek perkara gelap. Tetapi kemudian dia akan merasakan kesan graviti pada beberapa perkara menggunakan interaksi EM. Sebagai contoh, dia boleh dapat melihat pecutan yang tidak dapat dijelaskan beliau (kesan graviti pada badannya, yang menjadi hal EM) berkenaan dengan objek rujukan seperti bintang. Tetapi sebahagian sensing di sini (melihat bintang) melibatkan interaksi EM.

Ia adalah mustahil untuk mereka bentuk sebarang aneh mekanikal untuk mengesan graviti yang tidak mengandungi perkara EM. Graviti penderiaan di telinga kita sekali lagi mengukur kesan graviti pada perkara EM. Jika tiada interaksi EM, ia adalah mustahil untuk mengesan graviti, atau apa-apa lagi dalam hal ini.

Interaksi elektromagnet bertanggungjawab input deria kita. Persepsi deria membawa kepada perwakilan otak kita yang kita panggil realiti. Apa-apa batasan dalam rantaian ini membawa kepada batasan yang sepadan dalam erti kata kita tentang realiti. Satu had rantai dari deria untuk realiti adalah kelajuan yang terhingga foton, yang adalah boson tolok pancaindera kita. Kelajuan terhingga pengaruh modaliti rasa dan memesongkan persepsi kita gerakan, ruang dan masa. Kerana gangguan ini dianggap sebagai sebahagian daripada realiti kita sendiri, punca penyelewengan yang menjadi harta asas realiti kami. Ini adalah bagaimana kelajuan cahaya menjadi seperti itu tetap penting dalam masa ruang kami. Kesucian cahaya dihormati hanya dalam prasangka yang makin kami.

Jika kita percaya kepada persepsi yang tidak sempurna dan cuba untuk menggambarkan apa yang kita rasa pada skala kosmologi, kita berakhir dengan pemandangan dunia seperti teori besar bang dalam kosmologi moden dan umum dan teori khas relativiti. Teori-teori ini tidak salah, dan tujuan buku ini bukan untuk membuktikan yang mereka salah, hanya untuk menunjukkan bahawa mereka adalah perihal kenyataan dilihat. Mereka tidak menerangkan sebab-sebab fizikal di belakang input deria. Punca-punca fizikal tergolong dalam realiti mutlak di luar pancaindera kita.

Perbezaan antara realiti mutlak dan persepsi kita dapat terus dibangunkan dan digunakan untuk tertentu fizik alam semesta tertentu dan fenomena kosmologi. Apabila ia datang kepada fizik yang berlaku baik di luar julat deria kita, kita benar-benar perlu mengambil kira peranan yang persepsi kita dan bermain kognisi dalam melihat mereka. Alam semesta seperti yang kita lihat ia hanya model kognitif diciptakan dari foton jatuh pada retina kami atau di sensor gambar teleskop Hubble yang. Oleh kerana kelajuan yang terhingga pembawa maklumat (iaitu foton), persepsi kita terganggu dalam apa-apa cara untuk memberi kita gambaran bahawa ruang dan masa taat relativiti khas. Mereka, tetapi ruang dan masa tidak realiti mutlak. Mereka hanya sebahagian daripada alam semesta tidak benar yang adalah persepsi kita daripada realiti yang tidak boleh diketahui.

[Ini sekali lagi adalah petikan diedit dari buku saya, The Unreal Universe.]

Comments