Hoe kan het dat licht tijd nodig heeft om zich te verplaatsen ?

De reden dat je terug in de tijd zou reizen, is eigenlijk heel simpel. Je gaat sneller dan het licht, dus je haalt de informatie in. Als je zorgt dat 2x zo snel gaat en dat 10 seconden doet, zal je als je ineens stil staat (er van uitgaande dat je de abruptheid overleeft) zie je de laaste 10 seconden weer gebeuren. Het zal niet zo zijn zoals Superman het deed dat je met alles weer interactie kan hebben (is overigens wel zo met draaiende stabiele wormgaten, maar dat is echt wat anders).

Echter zijn er een heleboel factoren in ogenschouw te nemen.
1. Je kan inderdaad niet sneller. Er is niet echt een mogelijkheid om zelf sneller te gaan (hier kom ik straks op terug). Vanwege tijd-ruimte dilution (waardoor de afstand steeds korter wordt wanneer je sneller gaat tov aarde, even relativitisch correct blijven...) ga je op een gegeven moment stil staan. Die afstand wordt niet nul op het moment dat je met de lichtsnelheid reist.

De tijd zal in die zin voor licht ook niet stil komen te staan, maar zal wel aanzienlijk anders zijn dan voor ons die op aarde stil staan (nagenoeg). En daar kom je meteen met de volgende factor.
2. gebeurtenissen die in 1 referentiekader simultaan zijn, hoeven dat niet in een ander referentiekader te zijn. Maar andersom ook. Sommige zaken zouden voor ons jaren na elkaar kunnen gebeuren terwijl als je met een bepaalde snelheid gaat dit voor jou simultaan zou kunnen zijn, alsof er geen tijd tussen heeft gezeten.

Zo kan ik nog even doorgaan. Dit is een heel moeilijk onderwerp waar ook natuurkunde PhD's zich de hals over breken (weet je achtergrond niet, maar neem even aan dat je dat niet bent. Excuus als ik het mis heb).

Om je vraag te beantwoorden.
De snelheid van het licht is 1 van de natuurconstanten. We weten dat het licht een bepaalde snelheid heeft, we weten wat die snelheid is en we weten ook veel over wat er gebeurd wanneer je naar die snelheid toe wil.

Sommige dingen weten we niet. En dit is een van de dingen die we niet weten en dat is dus waarom licht een bepaalde snelheid heeft. Ieder die zegt dat die weet waarom licht tijd nodig heeft om te verplaatsen (inderdaad, duh, omdat het een snelheid heeft), maar het daadwerkelijk waarom, zou direct in de natuurkunde aan de slag moeten gaan en behaalt dan ook direct de Nobelprijs.

Mocht je meer over relativiteit willen weten, de professor Richard Wolfson heeft een hele goede audiocursus over dit onderwerp zonder formules (The Teaching Company). Is officieel te koop bij:

Toegevoegd na 7 minuten:
met link

Neem even aan dat je wilt vertrekken van aarde, dan kun je de aarde als coördinatensysteem nemen. Stel dat je een reis naar Mars gaat ondernemen en je dit zo snel mogelijk wilt doen. Je zult dan uiteraard een raket uitkiezen die een zo groot mogelijke snelheid ontwikkeld. Je doet als de afstand zo min mogelijk is, zo'n 60 miljoen kilometer.
Uiteraard is de klok op Mars gesynchroniseerd met de klok van Greenwich waarmee ook jouw horloge is gecynchroniseerd.

1- Stel nu dat je zo'n grote snelheid ontwikkelt dat je deze afstand in 20 minuten aflegt.
(Ik ga er in dit voorbeeld vanuit dat de tijd die je nodig hebt om deze snelheid te bereiken verwaarloosbaar klein is, wat uiteraard in het echt niet kan.)

Je kijkt op je horloge en ziet dat er 10 minuten verstreken zijn. Voor jouw idee heb je afstand dus met een snelheid van 100.000 km/s afgelegd.

Op de klok op Mars blijkt het echter later te zijn dan op jouw horloge, namelijk ruim 30 seconden. Voor Mars heb je dus 10 minuten en 30 seconden over de reis gedaan. De mensen op Mars zullen dus vinden dat je de afstand met een snelheid van bijna 95.000 km/s hebt afgelegd, minder dan de 100.000 km/s.

Je kunt dit oplossen door aan te nemen dat jouw horloge, door de snelheid, langzamer loopt dan de klok op Mars, maar je kunt ook redeneren dat je met de afstand van 60.000.000 km 200 seconden hebt overbrugd. Je kunt deze tijd niet direct bij jouw tijd optellen maar je moet dit uitrekenen met t= sqrt( t'^2 + 200^2) - alle tijden in seconden waarbij t staat voor de tijd op Mars (en Aarde) en t' voor de tijd op jouw horloge. Het is alsof jouw dimensie tijd loodrecht staat op de voortplantingsrichting staat.

2- Stel nu dat je er nog sneller over doet, namelijk je legt de afstand af in 1 minuut.

Je kijkt op je horloge en ziet dat er 1 minuten verstreken is. Voor jouw idee heb je afstand dus met een snelheid van 1.000.000 km/s afgelegd.

Op de klok op Mars blijkt het echter later te zijn dan op jouw horloge, namelijk bijna 150 seconden. Voor Mars heb je dus 3,5 min. over de reis gedaan. De mensen op Mars zullen dus vinden dat je de afstand met een snelheid van bijna 287.347 km/s hebt afgelegd, een stuk minder dan jouw 1.000.000 km/s.

Ook hier geldt weer t= sqrt( t'^2 + 200^2), dus ongeveer 3,5 min.

3- Je gaat oneindig snel naar Mars. Uiteraard kost je dit ook oneindig veel energie. In dit geval geldt t= 200 sec en je snelheid wordt dus waargenomen als 300.000 km/s.

Alles is relatief.

Toegevoegd na 32 minuten:
60.000.000 / 300.000 = 200 seconden

Materie valt uit elkaar als materie sneller gaat dan de lichtsnelheid. De electronen om de kern gaan nl rond deze kern met de lichtsnelheid. Dus kun je jezelf wel voorstellen dat de lichtsnelheid nooit bereikt kan worden in de atomische- moleculaire wereld want dan valt de materie uit elkaar naar de kern toe en ontstaat een zwart gat. Het kost een oneindige energie om bij de lichtsnelheid te komen en is dan ook een asymptoot volgens de wiskunde. Dit is iets wat je nooit bereikt. Het is alsof je staat op een afstand van een muur, en je neemt steeds de helft van de afstand tot de muur. Dan kom je asymptotisch tot de muur maar je komt er nooit! Zo is het ook met de lichtsnelheid en ook met de fysische grens van 0 graden kelvin temperatuur {= -273 graden celcius} want hou kouder materie wordt hoe langzamer de electronen om de kern gaan, en bij - 273 graden C staan ze stil en valt de materie naar de kern door de kernkrachten en ontstaat hierbij een zwart gat, dezelfde reactie als bij de lichtsnelheid overschrijding. Er is materie wat sneller dan het licht kan en dat is de kernmaterie maar dan komen we in de quantum leer terecht. Buiten ons heelal is bewezen dat er materie is die sneller gaat dan het licht en het gaat van ons af! Dit is geconstateerd met het spectrometrisch doppler effect. Hier is de nieuwe telescoop James Webb mee bezig! De James Webb-ruimtetelescoop is een optische en infraroodtelescoop die gelanceerd is op 25 december 2021 en met de Hubble-ruimtetelescoop gaat samenwerken. NASA heeft de telescoop samen met ESA en CSA gebouwd. Een foton is een trilling en ook een deeltje. Bewijs van deeltje is als je een molen maakt op een naald en de wieken de ene kant zwart maakt en de andere blank of wit, dan zul je zien dat de molen gaat draaien als er licht op schijnt. De fotonen worden door het zwart opgenomen en in warmte omgezet. Het witte deel of blank van de molen kaatst de fotonen terug en zet de molen in beweging. Dit moet in een vacuum stolp gedaan worden! Zo gaat een foton door de wereld en het kost tijd dat steeds botsen en weer een foton uitzenden naar de volgende atoom. Een foton is een soort botsautootje die de energie steeds doorgeeft. Vergelijk het met die rij stalen ballen aan een touw, als je aan de ene kant de bal in een hoek brengt en dan laat botsen dan knalt de bal ad andere kant met dezelfde energie in die hoek. De overdrachtsenergie kun je berekenen uit het hoekverlies. Elke overdracht kost energie en daarom wordt lichtintensiteit o