Trong cơ học Newton, người ta tin rằng nếu một vật thể được gia tốc đủ lâu, nó có thể vượt qua tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, thuyết tương đối của Einstein đã thách thức ý tưởng này bằng cách chỉ ra rằng khi một vật thể có khối lượng tiến gần đến tốc độ ánh sáng, thì khối lượng của nó cũng tăng lên, nghĩa là cần nhiều năng lượng hơn để tiếp tục gia tốc cho vật thể. Điều này có nghĩa là cần có năng lượng vô hạn để tăng tốc một vật thể lên tốc độ ánh sáng, khiến nó không thể vượt qua tốc độ này.
Vậy thì Tại sao tốc độ ánh sáng bị giới hạn ? Điều gì đã giới hạn tốc độ này ?
Ánh sáng, bao gồm các photon, không có khối lượng nghỉ và có thể di chuyển với tốc độ nhanh nhất trong vũ trụ. Tuy nhiên, không chỉ các photon di chuyển với tốc độ ánh sáng – hạt Gluon, làm trung gian cho lực mạnh, cũng không có khối lượng. Cả hai hạt này đều chuyển động với tốc độ ánh sáng trong chân không, chính xác là 299.792.458 m/s và được ký hiệu là hằng số C trong vật lý.
Để hiểu tại sao tốc độ ánh sáng bị giới hạn, chúng ta cần đi sâu vào khái niệm điện tích và từ trường. Điện tích là một thuộc tính cơ bản của vật chất, giống như khối lượng. Khi bạn đặt các vật tích điện trong không gian, chúng sẽ tương tác với nhau. Tương tự như vậy, khi bạn đặt một nam châm trong không gian có một nam châm khác, chúng sẽ tương tác với nhau. Tuy nhiên, nếu bạn đặt một điện tích gần nam châm hoặc điện tích đứng yên, chúng sẽ không tương tác với nhau.
Xung quanh một điện tích tồn tại một điện trường tỷ lệ nghịch với một hằng số vật lý gọi là Epsilon. Tương tự, xung quanh một nam châm tồn tại một từ trường, được mô tả bởi định luật Ampe và phụ thuộc vào hằng số gọi là Muy. Cả hai hằng số này đều là những tính chất tự nhiên của không gian tương ứng chống lại sự hình thành của điện trường hoặc sự đi qua của các đường sức từ.
Khi bạn thay đổi tốc độ của một điện tích, có một điện trường thay đổi xung quanh điện tích đó, tạo ra một từ trường vuông góc với điện trường. Do các điện tích luôn thay đổi vận tốc nên từ trường mà chúng tạo ra cũng sẽ thay đổi theo, từ đó sinh ra điện trường mới vuông góc với từ trường, tạo thành vòng phản hồi. Maxwell nhận ra rằng một làn sóng như vậy có thể tự lan truyền trong không gian và tính toán tốc độ của nó bằng các phương trình của mình.
Tính toán của Maxwell cho thấy tốc độ của sóng điện từ truyền trong không gian bằng căn bậc hai của 1 trên Muy0 nhân Epsilon0. Hai giá trị này là các thuộc tính tự nhiên của không gian và được đo bằng thực nghiệm. Khi bạn thế chúng vào phương trình, bạn sẽ nhận được vận tốc của sóng điện từ, chính xác là vận tốc ánh sáng trong chân không.
Tóm lại, tốc độ ánh sáng bị giới hạn bởi các đặc tính của không gian hoặc bản chất của vũ trụ mà chúng ta đang sống. Các phương trình Maxwell và lý luận của ông về ánh sáng cho thấy bản chất của ánh sáng là sóng điện từ, có vận tốc lan truyền được xác định bởi lực cản đối với sự hình thành điện trường và mức độ mà các đường sức từ được phép đi qua trong không gian tự do . Điều này đã được xác nhận bằng thực nghiệm và nó giúp chúng ta hiểu được bản chất cơ bản của vũ trụ.
Xem thêm video: