Mūsdienu dzīves ritums ir kļuvis ļoti straujš. Šajā tehnikas laikmetā mēs spējam ļoti īsā laikā pieveikt lielus attālumus, nokļūstot no vienas vietas citā ar mašīnu, vilcienu vai, piemēram, lidmašīnu. Vismaz mums liekas, ka tas ir ātri, tomēr, ja šos pārvietošanās ātrumus salīdzina ar dažādiem ātrumiem kosmosā, tad rodas pirmais secinājums, ka mēs tomēr tik ātri neesam: pasažieru lidmašīna var sasniegt ātrumu līdz 300 m/s, bet izšauta lode var sasniegt 1 500 m/s (1. att.). Izejot kosmiskajā telpā, kosmiskais aparāts Voyager I ceļo ar ātrumu 17 000 m/s, bet, piemēram, Zeme ap Sauli riņķo ar ātrumu 29 800 m/s (1. att.). Ievadjautājumā jau tika minēts, ka kosmiskā zonde Helios 2 sasniegusi fantastisku ātrumu 70 220 m/s. Tomēr arī šie ātrumi nobāl brīdi, kad salīdzinām tos ar gaismas ātrumu 300 000 000 m/s (1. att.).
1.att. Dažādas ātruma vērtības
Gaismas ātruma vērtība nav vienīgais fakts, kas padara to tik īpašu. Ja blakus brauc divi skeitbordisti un viņu kustību vēro cilvēki no malas (2. att. a), tad uz vietas esošie cilvēki redz skeitbordistus kustībā. Taču ja blakus esošie skeitbordisti paskatās viens uz otru, tad viņi viens pret otru nekustas, tātad viens skeitbordists attiecībā pret otru stāv uz vietas. Tas nozīmē, ka skeitbordista ātrums ir atkarīgs no atskaites sistēmas, kurā mēs to apskatām (Fiztēma par atskaites sistēmām). Vienā gadījumā atskaites sistēma ir mierā esošs skatītājs, otrā gadījumā kustībā esošs skeitbordists. Gaisma ir īpaša ar to, ka tās ātrums jebkurā atskaites sistēma ir viens un tas pats, vienalga, vai atskaites sistēma kustas līdzi gaismai vai stāv uz vietas, gaismas ātrums paliek tāds, kāds tas ir. Piemēram, ja gaismas ātrumu mērīs cilvēks, kas atrodas uz Zemes vai cilvēks, kurš lielā ātrumā traucas ar raķeti (2. att. b), abos gadījumos izmērītais gaismas ātrums būs vienāds.
2.att. Objektu ātrumi dažadās atskaites sistēmās
Šīs īpašības dēļ, ja objekts tuvojas gaismas ātrumam, sāk notikt pavisam dīvainas lietas. Piemēram, ja ātrums kļūst salīdzināms ar gaismas ātrumu, tad kustības virzienā ķermeņa lineārie izmēri samazinās (3. att. a). Papildus lineāro izmēru samazinājumam laiks uz ķermeņa rit lēnāk jeb tas lēnāk noveco (3. att. b). Lai gan gaismas ātrums ir nemainīgs, var mainīties gaismas viļņa garums, tādēļ, ja no ķermeņa, kas kustas ar gaismas ātrumu, skatītos uz kādu gaismas avotu, tad Doplera efekta dēļ izstarotajiem gaismas viļņiem būtu citāds viļņa garums un mēs tos redzētu citā krāsā (3. att. c). Jo lielāks ir ātrums, jo izteiktāks Doplera efekts un krāsu maiņa. Tomēr gaismas ātrumu ne tikai nav iespējams pārsniegt, bet arī sasniegt to ir grūti. Tas ir tādēļ, ka, pieaugot ķermeņa ātrumam, pieaug tā masa, un, tuvojoties gaismas ātrumam, šis pieaugums kļūst ļoti straujš, tādējādi apgrūtinot iespēju paātrināt ķermeņa kustību.
3.att. Efekti, tuvojoties gaismas ātrumam
Ja ir zināmi ķermeņa parametri un ātrums, ar kādu tas pārvietojas, ir iespējams aprēķināt ķermeņa garuma, masas un kustības laika izmaiņas, izmantojot 4. attēlā redzamās izteiksmes.
Apskaties, kāda ir spēlīte, kurā var izbaudīt efektus, kas parādās, tuvojoties gaismas ātrumam!
Par šo tēmu var izlasīt arī DZM materiālā.
4.att. Fizikālo lielumu maiņa kustībā esošam ķermenim
