كم تبلغ سرعة الضوء؟ وكم يستغرق ضوء الشمس ليصل إلينا؟

الرقم الدقيق

سرعة الضوء في الفراغ هي 299,792,458 متراً في الثانية، وهذا الرقم ليس تقريبياً، بل دقيق تماماً. فبحسب المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتقنية (NIST)، عرّف العلماء المتر سنة 1983 بأنه المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ في جزء من 299,792,458 جزءاً من الثانية، وبهذا التعريف صارت سرعة الضوء ثابتة لا تتغير بالقياس.

في الحياة اليومية نقرّب الرقم إلى 300 ألف كيلومتر في الثانية، فالضوء يستطيع أن يدور حول الأرض نحو سبع مرات ونصف في ثانية واحدة، وهو أسرع شيء نعرفه في الكون.

يسير الضوء أبطأ قليلاً حين يعبر الهواء أو الماء أو الزجاج، لذلك يقول العلماء دائماً «في الفراغ».

كم يستغرق الضوء ليصلنا؟

لأن الضوء سريع جداً، لا نشعر بأي تأخير حين نشعل مصباحاً في غرفة، لكن المسافات في الفضاء هائلة، فيصير زمن رحلة الضوء ملحوظاً:

من أين يأتي الضوء؟	البعد التقريبي	زمن وصول الضوء
القمر	384,400 كم في المتوسط	نحو 1.3 ثانية
الشمس	نحو 149.6 مليون كم في المتوسط	نحو 8 دقائق و20 ثانية
القنطور الأقرب، أقرب نجم بعد الشمس	4.25 سنة ضوئية	نحو 4 سنوات وربع
رجل قنطورس، أقرب نجم يُرى بالعين	4.37 سنة ضوئية	نحو 4.4 سنة

زمن القمر والشمس هنا حساب بسيط: قسمة المسافة على سرعة الضوء، فالضوء يقطع الوحدة الفلكية (نحو 149.6 مليون كم) في نحو 499 ثانية، أي 8 دقائق و19 ثانية، ويُقرَّب هذا عادة إلى 8 دقائق و20 ثانية. المسافة إلى الشمس تتغير قليلاً خلال السنة، لأن مدار الأرض ليس دائرة تامة، فيزيد زمن وصول ضوئها أو ينقص نحو 8 ثوانٍ: من نحو 8 دقائق و11 ثانية في أوائل يناير إلى نحو 8 دقائق و27 ثانية في أوائل يوليو.

معنى هذا أننا لا نرى الأجرام كما هي الآن، بل كما كانت حين خرج منها الضوء، فالشمس التي تراها عند الغروب هي الشمس كما كانت قبل ثماني دقائق. كلما نظرنا أبعد، رأينا ماضياً أقدم، فضوء أقرب مجرة كبيرة إلينا يصلنا بعد رحلة دامت ملايين السنين، كما في سؤال ما أقرب مجرة إلينا؟.

كيف قاس الإنسان سرعة الضوء أول مرة؟

ظن كثير من العلماء قديماً أن الضوء ينتقل في لحظة، بلا زمن، لكن أول من أثبت أن له سرعة محددة هو الفلكي الدنماركي أولي رومر (Ole Rømer)، سنة 1676.

كان رومر يرصد آيو (Io)، أقرب الأقمار الكبيرة إلى كوكب المشتري. يدور آيو حول المشتري بانتظام، ويختفي في ظله في مواعيد يمكن حسابها مسبقاً. لكن رومر لاحظ أمراً غريباً: حين تكون الأرض بعيدة عن المشتري، يتأخر اختفاء آيو عن موعده المحسوب، وحين تقترب الأرض منه، يتقدم.

ففهم رومر السبب: الضوء يحتاج وقتاً أطول ليقطع المسافة الأطول، وقدّر، بحسب المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي، أن الضوء يحتاج نحو 22 دقيقة ليعبر قطر مدار الأرض حول الشمس. القيمة الصحيحة اليوم نحو 16.6 دقيقة، أي ضعف زمن وصول ضوء الشمس إلينا.

ثم استعمل العالم الهولندي كريستيان هويغنز تقدير رومر ليحسب سرعة الضوء، فخرج بنحو 131 ألف ميل في الثانية، أي قرابة 210 آلاف كيلومتر في الثانية. كان الرقم أقل من الحقيقة، لأن حجم مدار الأرض لم يكن معروفاً بدقة في ذلك الزمن، لكن الفكرة كانت صحيحة: للضوء سرعة، ويمكن قياسها بالسماء.

سرعة الضوء والسنة الضوئية

لأن الضوء يقطع مسافات ثابتة في أزمنة ثابتة، صار الفلكيون يقيسون المسافات بزمن رحلته، فالقمر يبعد نحو «1.3 ثانية ضوئية»، والشمس نحو «8 دقائق ضوئية». أما النجوم فبعيدة جداً حتى نقيسها بالسنة: السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في سنة، نحو 9.46 تريليون كيلومتر، وهي وحدة مسافة لا زمن، رغم اسمها.

ماذا ترى الليلة؟

انظر إلى القمر الليلة إن كان في السماء: الضوء الذي يدخل عينك خرج منه قبل نحو 1.3 ثانية فقط، ثم انظر إلى أي نجم لامع، مثل الشعرى اليمانية في ليالي الشتاء: ضوؤها خرج منها قبل سنوات. إن كان معك منظار، فوجّهه إلى المشتري وراقب أقماره الأربعة الكبيرة، ومنها آيو، القمر الذي كشف لرومر سر سرعة الضوء.