Encyklopedie vesmíru: nadsvětelné rychlosti

Možná vás nadpis nadsvětelné rychlosti trochu zarazil, ale nebojte se, nejde o žádný výklad rychlostí větší než světlo, ale pouze o vysvětlení toho, proč se někdy naměřené rychlosti ve vesmíru zdánlivě jeví rychlejší než světlo.

Mikrokvazar GRS 1915+105 zobrazovaný přibližně po týdnu na vlnách 3,5 cm. Poloha mikrokvazaru (tj. černé díry) je označena křížkem. Zdánlivá rychlost výtrysků je nadsvětelná, skutečná je 0,92 rychlosti světla.
Mikrokvazar GRS 1915+105 zobrazovaný přibližně po týdnu na vlnách 3,5 cm. Poloha mikrokvazaru (tj. černé díry) je označena křížkem. Zdánlivá rychlost výtrysků je nadsvětelná, skutečná je 0,92 rychlosti světla.

Některé rádiové výtrysky mají zdánlivě rychlosti větší než rychlost světla. To však odporuje závěrům speciální teorie relativity, podle níž se částice nemůže pohybovat rychlostí větší než rychlost světla. Jen na urychlení jediné částice (např. elektronu či protonu) o hmotnosti m0 tak, aby se dosáhlo rychlosti světla c, je třeba nekonečně velká energie, neboť ve výrazu pro celkovou energii částice E = m0c2/√[1-(v/c)2] se hodnota zlomku v/c s rostoucím v blíží k jedničce, rozdíl v hranaté závorce se blíží k nule, a celková energie E částice roste nade všechny hodnoty. Pro v > c má energie E imaginární hodnotu a nemá smysl.

Zdánlivou nadsvětelnou rychlost u rádiových výtrysků lze vysvětlit pomocí geometrie. Např. u prvního objeveného mikrokvazaru GRS 1915+105 byla pozorována rychlost výtrysku až 372 292 km/s. Jeho skutečná rychlost však byla 270 000 km/s, jak ukáže jednoduchý výpočet (viz obrázek); posuv na obloze 6235 AU (vzdáleností Země-Slunce) za 29 dnů znamená příčnou rychlost 372 292 km/s. Je-li skutečná rychlost výtrysku v, pak za dobu t se dostane do vzdálenosti vt od mikrokvazaru. K pozorovateli se výtrysk přiblížil celkem o vzdálenost vt cos α, kde α je úhel směru výtrysku vzhledem k pozorovateli. Doba, po kterou pozorovatel pozoruje pohyb výtrysku, je tedy kratší o (vt cos α)/c než t. Pro pozorovatele pohyb tedy trvá pouze tp = t – (vt cos α)/c. Pozorovaná rychlost vp je pak (v sin α) t/ [t – (vt cos α)/c] = v (sin α)/[1 – (v/c) cos α]. Jak vidno, pozorovaná rychlost vp může být větší než rychlost světla c. Pro mikrokvazar GRS 1915+105 (α = 71°) odpovídá pozorované (zdánlivě) nadsvětelné rychlosti vp výtrysku skutečná rychlost v = 0,92 c.


Kniha: Velká encyklopedie Vesmíru (2002)
Autor: doc. RNDr. Josip Kleczek, DrSc.

O Scimani 59 Článků
Zajímám se o astronomii a miluji seriál Hvězdná brána