Kako svjetlost putuje kroz svemir bez gubitka energije

Kako svjetlost putuje kroz svemir bez gubitka energije? To pitanje ne prestaje izazivati znatiželju, jer govorimo o fotonima koji mogu prevaliti milijune svjetlosnih godina i pritom zadržati istu energiju s kojom su krenuli.

Zamislite da stojite u noći i gledate u zvijezdu udaljenu milijunima svjetlosnih godina. Iako je ta zvijezda davno umrla, njezina svjetlost upravo sada dolazi do vaših očiju – neoslabljena, jasna, neumorna. Kako je moguće da nešto putuje tolikim prostranstvima svemira, a da ne izgubi ni djelić energije?

Da bismo to razumjeli, moramo krenuti od same prirode svjetlosti. Svjetlost je elektromagnetsko zračenje, val koji ne posjeduje masu. Upravo zato što nema masu, fotoni – čestice svjetlosti – mogu putovati maksimalnom brzinom u vakuumu, gotovo 300.000 kilometara u sekundi. To znači da svjetlost prijeđe više od devet bilijuna kilometara godišnje. I ništa u svemiru ne ide brže.

Brzina svjetlosti je nevjerojatna, ali svemir je još nevjerojatnije prazan. Svjetlost sa Sunca, udaljenog oko 150 milijuna kilometara, stiže do nas za nešto više od osam minuta. Svjetlost iz sustava Alfa Centauri, najbliže zvijezde nakon Sunca, putuje do nas više od četiri godine. A svjetlo s galaksije, kao na primjer galaktike Vrtivjetar (engl., Pinwheel)  trebalo je 25 milijuna godina da stigne do objektiva astronomskog teleskopa na Zemlji.

Unatoč tolikim udaljenostima, većina svjetlosti putuje svemirom bez ikakvog otpora. Prostor je, u većini slučajeva, gotovo potpuno prazan – nema čestica, nema prepreka, nema trenja. Povremeno se foton može odbiti o međuzvjezdanu prašinu i izgubiti dio energije, ali to su rijetki slučajevi. U praznom prostoru svjetlost ne troši energiju jer s ničim ne dolazi u kontakt.

Zašto foton ne osjeća ni vrijeme ni udaljenost

Postoji još jedan nevjerojatan razlog zbog kojeg svjetlost ne gubi energiju – a tiče se vremena i prostora kakve poznajemo. Pokušajmo zamisliti ekstremnu situaciju: astronaut koji kruži oko Zemlje na Međunarodnoj svemirskoj postaji. On se kreće brzinom od 27.000 kilometara na sat, i zbog toga mu sat radi tek neznatno sporije u odnosu na sat na Zemlji. Taj fenomen poznat je kao dilatacija vremena – kada vrijeme teče različitom brzinom ovisno o brzini gibanja i gravitacijskom polju.

Ali što se događa kada bi osoba mogla “sjesti” na foton? Za foton, koji se giba brzinom svjetlosti, vrijeme potpuno staje. U njegovom sustavu referencije, nema prošlosti ni budućnosti – sve se događa u istom trenutku. Udaljenost između zvijezde koja ga je emitirala i promatrača koji ga prima na Zemlji ne postoji u konvencionalnom smislu. Prostor se “stišće”, udaljenost se skraćuje, vrijeme nestaje, objašnjava Jarred Roberts, znanstvenik sa Sveučilišta Kalifornija u San Diegu.

U tom smislu, foton koji je emitiran u nekoj dalekoj galaksiji i onaj koji je upravo stigao do vašeg oka, zapravo nije osjetio nikakvo trajanje putovanja. Iz njegove perspektive, emitiranje i dolazak dogodili su se istodobno. Sve ono što mi nazivamo “putovanjem” od 25 milijuna godina za foton ne postoji.

Upravo zato svjetlost može putovati nevjerojatnim udaljenostima bez gubitka snage. Ne zato što je otporna, već zato što vrijeme za nju ne funkcionira kao za nas, a prostor kroz koji putuje nije prepreka već praznina. U svijetu fotona, ono što mi nazivamo svemirom – sve te goleme udaljenosti i beskrajni vremenski razmaci – jednostavno nestaje.