Često se kratkoće radi kaže da se brzina svetlosti ne može prestići (ni dostići), ali se tom prilikom jednako često izostavlja i dodatak – »u vakuumu«. Jer – brzina svetlosti u nekoj supstancijalnoj sredini može se prestići. Tom prilikom javlja se i jedan poseban vid elektromagnetnog zračenja.

Ukratko o otkriću

Ruski fizičar Čerenkov (Павел Алексеевич Черенков) 1934. godine tokom istraživanja primetio je da naelektrisane čestice izazivaju vrlo slabo plavičasto zračenje kada prolaze kroz bistru tečnost. Akademik Vavilov (Сергей Иванович Вавилов), koji je u to vreme bio profesor Čerenkovu, pretpostavio je da je ta svetlost nastala kao posledica kretanja elektrona u radnoj sredini. Ova pretpostavka kasnije se pokazala tačnom. Teorijsko objašnjenje pojave objavili su 1937. godine akademici Tam (Игорь Евгеньевич Тамм) i Frank (Илья Михайлович Франк), a za otkriće i teorijsko objašnjenje zračenja Čerenkov, Tam i Frank su 1958. godine dobili Nobelovu nagradu. Sama pojava naziva se Čerenkovljevo zračenje, ali se u ruskoj literaturi pominje i ime Vavilova.

Slika 1: Nuklearni reaktor oko koga se formira plavičasto Čerenkovljevo zračenje

O čemu je reč?

Ako imamo telo malih dimenzija koje se u nekoj fluidnoj sredini kreće vrlo brzo, brzinom većom od brzine zvuka u tom fluidu, poput npr. aviona koji »probija zvučni zid«, tada će telo (avion) da prelazi određeno rastojanje brže nego što je zvuk to u stanju da isprati, pri čemu će se čuti karakteristični prasak.

Čerenkovljevo zračenje je analogna, mada ne i ekvivalentna pojava, jer više nije reč o mehaničkim, nego o elektromagnetnim talasima, odnosno elektromagnetnom zračenju. Kakvo je to zračenje?

U providnim sredinama popunjenim nekim gasom ili tečnošću svetlost se ne kreće istom brzinom koju ima u vakuumu, nego sporije. Čerenkovljevo zračenje nastaje kada se naelektrisana čestica kreće u nekoj sredini ravnomerno pravolinijski, tako da joj je brzina kretanja veća od brzine svetlosti u toj sredini! Slično analognim pojavama u mehanici, i Čerenkovljevo zračenje se širi u obliku tzv. Mahovog konusa, čiji se ugao otvora (odnosno – ugao između visine i izvodnice konusa) može eksperimentalno odrediti. Ako eksperimentalnim putem izmerimo ovaj ugao, možemo odrediti brzinu kretanja relativističkih čestica. (Formalnije objašnjenje izloženo je u »Astronomiji 34«.)

Kako nastaje elektromagntni talas?

Znamo da je naelektrisanje koje relativno miruje izvor električnog polja. Električnim poljem igraju se i školarci, kada naelektrisanim češljem podižu komadiće hartije.

Ako se naelektrisanje kreće ravnomerno pravolinijski, ono, pored električnog polja koje ima »samo po sebi«, ima još jednu komponentu, a to je magnetno polje; u ovom slučaju i električno i magnentno polje ne menjaju se u vremenu. Magnetno polje nam je takođe jako dobro poznato: nema toga ko nije čuo o magnetnom kompasu!

Međutim, ako se naelektrisanje kreće sa nekim ubrzanjem (ili, što da ne, usporenjem), onda to naelektrisanje pored toga što izaziva nepromenljivo i električno i magnetno polje, izaziva i vremenski promenljivo elektromagnetno polje. Dok konstantno, nepromenljivo električno i magnetno polje opadaju sa kvadratom rastojanja, dotle elektromagnetno polje opada linearno sa rastojanjem – a to znači mnogo sporije: već na relativno malim rastojanjima od izvora zračenja možemo detektovati samo tu promenljivu komponentu, dok su električno i magnetno polje, svako za sebe, vrlo, vrlo slabi.

Međutim, Čerenkovljevo zračenje jedinstven je slučaj da naelektrisanje koje se kreće ravnomerno pravolinijski izaziva elektromagnetno polje, odnosno onu plavičastu svetlost koju je Čerenkov opazio.

Čerenkov protiv Ajnštajna

Konačno, možemo se zapitati da li su ovi zaključci u nesaglasju, ili čak u suprotnosti sa teorijom relativnosti? Nisu! Teorija relativnosti tvrdi da je nemoguće dostići vrednost brzine svetlosti u vakuumu. Pri tome se u svakodnevnoj komunikaciji, poput one na forumu »Astronomskog magazina«, ne pominje uvek eksplicitno da je reč o brzini u vakuumu, nego se to prećutno podrazumeva, da bi se malo uštedelo na vremenu prilikom kucanja. To može na prvi pogled dovesti do zaključka da postoji paradoks, »propust u relativnosti«, mada paradoksa nema. U supstancijalnoj sredini, brzina svetlosti manja je od njene brzine u vakuumu, . Sve dok je brzina naelektrisane čestice manja od brzine svetlosti u vakuumu, teorija relativnosti neće biti narušena.

Na kraju, kolika je zapravo brzina svetlosti u vakuumu? Čuveno »ce« ima vrednost tačno jednaku 299.792.458 m/s, dakle veoma približno 300000 kilometara u sekundi. Fizičari su toliko ubeđeni u to da se ne može promeniti da ova vrednost jednostavno nema »grešku merenja«. U providnom fluidu brzina je uvek manja od te vrednosti.

Dakle, donekle se i može »brže od svetlosti«...