Strona głównaPytania → Jak wyglądałby świat gdyby prędkość...

Jak wyglądałby świat gdyby prędkość światła byłaby stukrotnie większa?

Pytanie

Pyta karol

Jak wyglądałby świat gdyby prędkość światła byłaby stukrotnie większa?

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Piotr Sułkowski

Skończona wartość prędkości światła (oznaczanej przez $c$) jest bardzo istotnym postulatem teorii względności. W życiu codziennym efektów teorii względności nie obserwujemy, gdyż poruszamy się z prędkościami znacznie mniejszymi niż $c$. Gdyby prędkość światła była stukrotnie większa, efekty takie w życiu codziennym także byłyby niezauważalne. Natomiast gdyby prędkość światła była istotnie mniejsza, to dużo łatwiej można by zaobserwować wiele efektów relatywistycznych, takich jak skrócenie długości, dylatacja czasu, składanie prędkości, etc. – w przystępny sposób efekty takie opisane są np. w znanej książce G. Gamowa „Pan Tompkins w krainie czarów”.

Natomiast należy zaznaczyć, że pytanie o wartość prędkości światła nie jest dobrze postawione, gdyż zależy ona od wyboru układu jednostek (np. jej wartość wynosi ok. 300000 km/s, jeśli odległości w przestrzeni i czasie będziemy wyrażać w odpowiednio zdefiniowanych kilometrach oraz sekundach). W fizyce istotne znaczenie mają jedynie bezwymiarowe kombinacje różnych parametrów. Prędkość światła jest ważnym parametrem, który pojawia się w wielu takich kombinacjach. Zatem właściwie postawione pytanie brzmi tak: czy zmiana prędkości światła mogłaby wpłynąć na różne bezwymiarowe parametry istotne w opisie przyrody, i jakie konsekwencje miałyby takie zmiany?

W szczególności, istotnym parametrem w fizyce jest tzw. stała struktury subtelnej $\alpha$, opisująca siłę oddziaływań elektromagnetycznych:

\begin{equation}
\alpha = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \frac{e^2}{\hbar c}\simeq \frac{1}{137}.
\end{equation}

Wartość tej stałej wynosząca ok. 1/137 nie zależy od wyboru jednostek i jest ważnym parametrem w fizyce. Gdyby wartość $c$ była stukrotnie większa, przy założeniu że inne stałe występujące w powyższym równaniu się nie zmieniają, to $\alpha$ byłaby stukrotnie mniejsza. Tymczasem okazuje się, że zmiana stałej $\alpha$ już zaledwie o kilka procent (a nie o ogromny czynnik 100) miałaby bardzo istotne skutki: nawet przy tak małej zmianie $\alpha$ nie mogłaby zachodzić produkcja cięższych pierwiastków w gwiazdach, w szczególności węgla i tlenu. Bez produkcji takich pierwiastków nie mogłaby powstać materia w kosmosie taka, jaką znamy; w szczególności, bez węgla nie mogłoby powstać życie i cała biologia w takiej postaci, jaką znamy.

Jak z powyższego wynika, stała struktury subtelnej $\alpha$ przybiera bardzo szczególną wartość, dzięki której przyroda może mieć taką postać jaką znamy. Podobnie jest z innym bezwymiarowymi parametrami w fizyce – gdyby miały one choć nieznacznie inną wartość, to świat nie mógłby wyglądać tak jak wygląda. Wiele takich parametrów także wyrażonych jest poprzez wartość prędkości światła $c$. Trudno dokładnie opisać efekty wszystkich takich zmian, ale już sama wyżej wspomniana zmiana wartości $\alpha$ spowodowałaby, że my – jako istoty, których życie oparte jest na węglu – pytań takich nie moglibyśmy zadawać…