Kan man flyve med lysets hastighed?

Kan man flyve med lysets hastighed? Fysikkens uendelige mur

Spørgsmålet om kan man flyve med lysets hastighed afslører fundamentale begrænsninger i vores univers. Ved ekstreme hastigheder ændrer fysikkens love sig, hvilket medfører enorme udfordringer for rumrejser. At forstå disse naturlove hjælper os med at indse, hvorfor menneskeskabte objekter aldrig bryder denne kosmiske fartgrænse. Læs mere om de videnskabelige årsager her.

Hvorfor kan man ikke flyve med lysets hastighed?

Det korte svar er nej; intet objekt med masse kan flyve med lysets hastighed, som præcis er 299.792.458 meter i sekundet.^[1] Ifølge fysikkens love bliver et objekts masse tungere, jo hurtigere det bevæger sig, hvilket betyder, at det kræver eksponentielt mere energi at accelerere yderligere. Ved selve lysets hastighed ville massen blive uendelig, hvilket kræver en uendelig mængde energi - noget som universet simpelthen ikke råder over.

Jeg kan huske, da jeg første gang læste om dette i skolen. Det føltes frustrerende og næsten som en fejl i universets design. Hvorfor sætte en hastighedsgrænse? Men som man dykker ned i tallene, indser man, at det ikke er en regel, der er skabt for at genere os, men en fundamental egenskab ved rummet og tiden selv. Da jeg prøvede at forstå de matematiske modeller bag, blev jeg hurtigt rundtosset af de voldsomme energimængder, der er tale om, selv ved 90% af lysets fart.

Sammenhængen mellem masse og uendelig energi

For at forstå begrænsningen skal vi kigge på den berømte einsteins relativitetsteori forklaring. Denne ligning fortæller os, at energi og masse er to sider af samme sag. Når du tilfører energi til et rumskib for at få det til at flyve hurtigere, bliver en del af den energi faktisk omdannet til masse. Ved lave hastigheder, som dem vi kender fra fly eller biler, er denne vægtforøgelse så forsvindende lille, at vi ikke mærker den. Men når man når op på betydelige procenter af lysets fart, ændrer billedet sig dramatisk.

Ved 90% af lysets hastighed er et objekts relativistiske masse ca. 2,29 gange hvilemasssen (mere end fordoblet).^[2] Ved 99.9% af lysets fart stiger massen til over 22 gange det normale. Dette skaber en ond cirkel: jo tungere skibet bliver på grund af farten, desto mere energi skal du bruge for at skubbe det bare en lille smule hurtigere. Denne proces fortsætter, indtil du rammer en mur, hvor den næste km/t kræver mere energi, end der findes i hele galaksen. Det er ikke bare svært - det er fysisk umuligt.

Nogle gange tænker jeg, at vi mennesker er ret stædige. Vi leder altid efter smutveje. Men her er der ingen. Virkeligheden er bare... nådesløs.

Hvorfor kan lyset så flyve så hurtigt?

Hvis intet kan nå lysets hastighed i km/t, hvordan kan lyset så selv gøre det? Svaret ligger i partiklerne, som lys består af, kaldet fotoner. Fotoner er unikke, fordi hvorfor har fotoner ingen masse forklarer deres evne til altid at bevæge sig med denne fart. Fordi de ikke vejer noget, behøver de ikke energi for at accelerere - de fødes faktisk ved lysets hastighed og bevæger sig altid med denne fart i et vakuum. Men der er en krølle på historien, som ofte overses. Men den vender vi tilbage til om lidt.

Det er her, det bliver virkelig mærkeligt. For en foton eksisterer tid slet ikke. Hvis du kunne ride på en lysstråle fra Solen til Jorden, ville du opleve, at rejsen tog præcis nul sekunder, selvom vi på Jorden observerer, at det tager omkring 8 minutter. For noget uden masse er universet fladt, og tiden står stille.

Hvad sker der med tiden ved høj fart?

Når man nærmer sig kan man flyve med lysets hastighed, sker der et fænomen kaldet tidsudvidelse. Tiden begynder bogstaveligt talt at gå langsommere for de personer, der befinder sig ombord på fartøjet, sammenlignet med dem, der står stille. Dette er ikke en optisk illusion; det er virkelighed. GPS-satellitter, der kredser om Jorden med høj fart, skal faktisk korrigere deres ure med nogle få mikrosekunder hver dag for at forblive synkroniserede med jorden.

Her er den detalje, jeg lovede tidligere: Selvom vi aldrig kan nå 100% af lysets fart, betyder tidsudvidelsen, at vi i teorien kunne rejse enorme afstande i universet inden for en menneskelig livstid. Hvis du fløj med 99,99% af lysets hastighed, ville du kunne krydse galaksen på få årtier set fra din egen synsvinkel. Problemet er bare, at når du kom hjem, ville der være gået tusindvis af år på Jorden. Alle du kendte, ville være væk for længst. Det er en ensom tanke.

Praktiske udfordringer og farer ved ekstrem fart

Selv hvis vi fandt en magisk energikilde, er der andre problemer omkring hvad sker der hvis man flyver med lysets hastighed i praksis. Rummet er ikke helt tomt; det er fyldt med små støvpartikler og brintatomer. Når man rammer et lille støvfnug med nær lysets hastighed, svarer det til eksplosionen fra flere tons dynamit. Ved 99% af lysets hastighed ville hvert eneste atom, der rammer skibets skrog, forvandles til dødelig stråling. Uden et skjold lavet af metervis af bly eller magnetfelter, ville besætningen blive grillet indefra på få sekunder.

Sammenligning af rejsehastigheder

Nutidens hurtigste rumsonde

• Cirka 700.000 km/t (Parker Solar Probe)
• Omkring 3-6 måneder afhængig af placering
• Over 6.000 år før ankomst

Teoretisk fusionsskib (10% af lyset)

• Cirka 108.000.000 km/t
• Mindre end en time
• Cirka 44 år - inden for en karriere

Lysets hastighed (100% - Umuligt for masse)

• 1.079.252.848 km/t
• Cirka 3-20 minutter
• 4,2 år (Alpha Centauri)

Eriks frustration med fysikkens love

Erik, en softwareingeniør fra Aarhus med en passion for science fiction, satte sig for at beregne, hvor meget energi hans drømmeskib ville bruge. Han ville bare sende en lille sonde på 1 kg til den nærmeste stjerne på 10 år.

Først troede han, at det var et spørgsmål om bedre motorer. Men jo mere han tastede ind i sine simuleringsmodeller, desto mere absurde blev tallene. Han opdagede, at hans 'lille' sonde krævede mere energi end hele Danmarks årlige forbrug.

Han indså, at problemet ikke var motoren, men sonden selv. Ved at øge hastigheden til 90% af lysets fart, fordobledes sondens masse, hvilket krævede endnu mere brændstof, som så igen øgede vægten.

Erik opgav drømmen om 90% fart og fokuserede i stedet på 10%. Resultatet var en realistisk plan, der stadig ville tage 40 år, men som ikke krævede uendelig energi, hvilket lærte ham, at universet kræver tålmodighed frem for fart.