La prima vedere, problema greutății umbrei pare o prostie. Chiar dacă umbra are vreo greutate, trebuie să fie atât de mică încât să poată fi măsurată doar cu tehnica microparticulei. Există, de asemenea, o altă întrebare, lumina are greutate, deoarece, într-un fel sau altul, ar trebui să dea o anumită greutate oricărui obiect?
Ambele întrebări par ciudate, dar destul de interesante, așa că am decis să le dau seama.
Să ne amintim mai întâi de Peter Pan, ei spun că avea o umbră vie, dar era atât de nesemnificativ încât părea să nu cântărească mai mult decât fumul de țigară. Peter Pan a fost, desigur, un personaj fictiv, deși, la nivel cuantic, este posibil să nu conteze, iar creatorul său, J. M. Barry, nu avea suficiente cunoștințe științifice.
Într-adevăr, folosind unul dintre cadrele de referință, putem concluziona că umbrele noastre cântăresc de fapt mai puțin decât nimic. În urmă cu patru sute de ani, astronomul Johannes Kepler a observat că cozile de cometă sunt întotdeauna cu fața departe de Soare și a ajuns la concluzia că razele soarelui exercită o presiune care îndepărtează particulele. La sfârșitul secolului 19, fizicianul James Clerk Maxwell a formulat o ecuație pentru calcularea presiunii luminii, confirmată experimental în 1903.
Sper că ai înțeles la ce mă ocup. Dacă stai în picioare și razele soarelui cad pe tine, creezi o zonă de presiune redusă, acoperită de umbră. În comparație cu restul peisajului, umbra dvs. (sau mai precis, zona pe care o acoperă) cântărește mai puțin.
Cât mai puțin? Nu prea mult. Presiunea razelor soarelui este incredibil de mică: mai puțin de o miliardime de Pa pe suprafața pământului. Cu alte cuvinte, ar fi nevoie de câteva milioane de umbre umane pentru a reprezenta un kilogram de intensitate luminoasă din umbră. Ușor care lovește orașul Chicago are o putere totală de aproximativ 1334N.
Totuși, foarte mic nu înseamnă lipsit de importanță. Pentru ca sonda spațială japoneză Hayabusa să se apropie de asteroidul Itokawa în 2005, de-a lungul acestuia și, de asemenea, să nu o detoneze sau să se ciocnească cu ea, a fost luată în considerare presiunea ușoară egală cu 1 la sută din tracțiunea motorului sondei. Acest lucru a fost realizat cu o precizie incredibilă, astfel încât sonda a fost capabilă să aterizeze pe asteroid, să colecteze mostre de praf și să se întoarcă pe Pământ în iunie 2010.
Video promotional:
Un alt obiect la fel de interesant este vela japoneză solară IKAROS, un vis al scriitorilor de ficțiune științifică de cel puțin 50 de ani, a fost lansată în sfârșit în 2017. Ideea era că vela solară folosea presiunea luminii, vântul solar (un flux slab de particule încărcate care emană din corona solară) și sarcina utilă pentru a o muta. În iunie, IKAROS a ridicat cu succes pânza sa, un pătrat de film ultra-subțire de 7,5 microni, echipat cu un panou solar care servește ca sursă de energie. În iulie, agenția spațială japoneză a raportat că IKAROS este propulsat înainte cu o presiune solară de 1,12 mN, ceea ce, în principiu, nu este atât de mult. Dar această putere este generată de razele soarelui și este gratuită! Oamenii de știință au făcut acest lucru la o distanță de peste patru milioane de kilometri! Merită respect.
În 2010, cercetătorii de la Universitatea Națională australiană au arătat că lumina poate fi folosită pentru a ridica particule minuscule și a le muta cu o distanță de 30 cm. S-au gândit că în cele din urmă vor putea face același lucru la 10 metri (33 de metri), ceea ce nu pare nici măcar grozav. Cu toate acestea, dacă particulele minuscule sunt un virus mortal, celulă vie sau moleculă de gaz care nu poate fi mișcată în alt mod … știi ce vreau să spun.
Deci, întrebarea despre greutatea umbrei este o prostie? În general, da. Cu toate acestea, în căutarea unui răspuns la această întrebare stupidă, facem un pas mic, dar foarte semnificativ, încercând să înțelegem care este greutatea relativ mică? Anterior, această întrebare a fost pusă de Kepler, Maxwell, iar acum suntem.
Îmi amintesc experiența din lecțiile de fizică școlară. Fasciculul de lumină era îndreptat către rotor, ale cărui petale erau pictate alternativ alb și negru. Sub influența luminii, turbina a început să se rotească, ceea ce a dovedit clar că lumina are un impuls. Aceasta înseamnă că fluxul luminos nu este numai undele, ci și particule-corpuscule (are o natură duală sau dublă). În ceea ce privește greutatea umbrei, această valoare are o valoare negativă, deoarece cea mai mică presiune a razelor de lumină este preluată de corpul care ecranează umbra.
Există o întreagă discuție cu privire la umbra de verificare:
- Greutatea (în fizică) este forța cu care corpul apasă pe suport. De obicei, este confundat cu masa, deoarece în câmpul gravitațional al Pământului, greutatea este proporțională cu masa, iar coeficientul de proporționalitate (accelerarea căderii libere) este practic neschimbat. De asemenea, într-un sistem rotativ non-inerțial (de exemplu, într-o stație spațială rotativă) forța centrifugă (și cu ea greutatea obiectelor) va fi proporțională cu masa lor, dar coeficientul de proporționalitate va fi diferit. Acum despre umbră. Desigur, nu este un obiect. Și nu are nicio masă. Cu toate acestea, într-un anumit sens, umbra are greutate. Numai el este negativ! La urma urmei, o umbră este absența luminii din cauza unui obstacol care a stat în calea ei. Lumina este un flux de fotoni cu masa și viteza, și cu ei impuls. Dacă fotonii ar zbura, și-ar transmite impulsurile către „suportul” iluminat, exercitând o presiune continuă. Și presiuneazona înmulțită este forța. Putem spune greutatea luminii. Ei bine, umbra este absența atât a luminii, cât și a „greutății” sale. Adică, în comparație cu iluminatul, umbra pare să aibă o greutate „negativă”, aproximativ ca o „gaură” (lipsa unui electron încărcat negativ într-un semiconductor) „are„ o încărcare pozitivă.
- Ce este absurd? Fotonii nu au masă, au impuls, iar dacă sunteți ghidați de formula E = mc ^ 2, atunci pentru un foton energia va fi egală cu E = pc, deoarece fotonii nu au și nu pot avea masă de repaus. Acum despre masa negativă. Masa negativă, ipotetic, este posedată de particule de materie exotică. Și acest lucru se manifestă prin faptul (nu uitați că masa este o măsură de inerție) că dacă „împingeți” această particulă, aceasta va zbura în cealaltă direcție. Nu are nicio legătură cu această problemă. Dacă îți urmezi logica străzii, atunci tot ceea ce pare a fi numit negativ, dar există un anumit obstacol în acest sens. De asemenea, s-au amuzat prin presupuneri brute precum: impulsul este masa, iar masa este forța, forța este presiunea, iar presiunea este greutatea. Cu această abordare, puteți dovedi orice. Există chiar și un nume pentru asta (nu-mi amintesc),când o judecată falsă este luată ca bază (adevărul) și afirmația care este necesară este derivată din aceasta. Ai putea fi un teoretician bun al conspirației.
- Nu există impuls fără masă. De asemenea, energia fără masă nu există. Nu s-a spus niciun cuvânt despre masă. Greutatea nu este masă. Acest lucru a fost spus de la bun început. „Greutatea” umbrei este negativă (într-un anumit sens). Nu era nicio umbră de „masă”. Reprezentarea absenței a ceva ca prezență a ceva direct opus este o tradiție convenabilă, de lungă durată și larg utilizată în fizică. Nu mă refer întâmplător la „găuri” (lipsa electronilor) la semiconductori. Este convenabil să-i considerăm (și să fie considerați!) Ca „purtători de sarcină” cu subformitatea electronilor, dar semnul opus al sarcinii. Pentru că nu am lucrat pentru a vă învăța elementele de bază ale fizicii.
- Este greu să ignori o întrebare care are un răspuns fundamental greșit atârnat în partea de sus. Greutatea este o cantitate fizică vectorială care caracterizează forța de acțiune a unui corp asupra unui suport. P = m * g. Se vede că greutatea poate fi negativă, de exemplu, dacă densitatea corpului este mai mică decât densitatea mediului (forța de flotabilitate acționează asupra corpului). Greutatea negativă nu înseamnă absența sa. Acum un pic despre ce este o umbră. Shadow este un fenomen optic care apare în diferite condiții de iluminare. Și acest lucru nu înseamnă o absență completă a luminii. Doar că o suprafață este mai strălucitoare (mai mulți fotoni se lovesc și se reflectă asupra acesteia), iar cealaltă este mai slabă (umbre). Știm că fotonii nu au masă (dacă un foton ar avea masă, atunci devierea sa în câmpul gravitațional ar trebui să depindă de frecvența sa, dar nu observăm acest lucru, conform tuturor calculelor, este până acum acromatică),și, prin urmare, nu au greutate, dar au energie și impuls. Deoarece fotonii au un impuls, lumina care cade pe un corp exercită presiune asupra lui (teoria cuantică a luminii explică presiunea luminii ca urmare a transferului momentului de către fotoni către atomi sau molecule ale unei substanțe), dar nu poate fi identificată în niciun fel cu greutatea. Toate cele de mai sus sunt un comentariu la răspunsul lui Nekto. De fapt, umbra nu are nicio greutate, deoarece este doar un fenomen optic, cum ar fi revarsarea benzinei (interferențe în filmele subțiri) sau reflectarea ta în apă.dar nu poate fi identificat cu greutatea în niciun fel. Toate cele de mai sus sunt un comentariu la răspunsul lui Nekto. De fapt, umbra nu are nicio greutate, deoarece este doar un fenomen optic, cum ar fi revarsarea benzinei (interferențe în filmele subțiri) sau reflectarea ta în apă.dar nu poate fi identificat cu greutatea în niciun fel. Toate cele de mai sus sunt un comentariu la răspunsul lui Nekto. De fapt, umbra nu are nicio greutate, deoarece este doar un fenomen optic, cum ar fi revarsarea benzinei (interferențe în filmele subțiri) sau reflectarea ta în apă.
- Independența în frecvență dovedește ceva? În mecanica clasică, devierea unghiulară a luminii este, de asemenea, independentă de frecvență (deltaV / c) = (2 * G * M) / (R * c2). În SRT vor exista (deltaV / c) = (4 * G * M) / (R * c2), adică de două ori mai multe, dar nu sunt adăugate / adăugate dependențe. Mă îndoiesc că orice parametru al sistemului poate dispărea dintr-o modificare a terminologiei. Adică, greutatea luminii nu ar trebui să meargă nicăieri. Poate că trebuie să fie redefinit cumva, dar nu ar trebui să fie faptul că în vechea versiune era zero, iar în cea nouă era zero. Mai mult, există un impuls.
Cât de mult are greutatea LUMINĂ? La fel de mult cu energia lui
Fotonii, particule de lumină, nu au nicio masă de repaus și există doar în mișcare la viteza luminii. Prin urmare, un foton nu poate fi cântărit. Cu toate acestea, pereții oricărui vas emit radiații termice, umplând volumul interior cu fotoni. Ei se mișcă aleatoriu în toate direcțiile, iar viteza lor medie este zero. Astfel, după cum spun fizicienii, un gaz foton are o masă corespunzătoare energiei sale (E = mc2) și, în principiu, poate fi cântărit. De exemplu, radiațiile de căldură din interiorul unui recipient de litri cântăresc aproximativ un atom de carbon. Masa radiațiilor crește rapid odată cu temperatura, dar numai la un miliard de grade va fi egală în densitate cu substanța cu care suntem obișnuiți. Mai mult, această radiație în sine nu va mai fi lumina obișnuită, ci raze X dure.
Este ușor de aflat. Alergăm spre bucătărie, luăm o scară electronică și, aproximativ la prânz, o setăm direct perpendicular pe lumina soarelui. Presupunând că suntem curați și toată lumina se reflectă complet de pe suprafața strălucitoare a cântarilor, luăm din tabelul ru.wikipedia.org valoarea numerică a presiunii Soarelui la reflectare completă (9,08 microNewtons pe metru pătrat) și înmulțim cu aria suprafeței de lucru a greutăților noastre (~ 0,11 metru pătrat)). Obținem ~ 100 nanoNewtons, forța presiunii solare a vântului pe cântar. Traducem acest lucru în unitățile cunoscute de toți (kilogramele), împărțind rezultatul prin accelerația gravitației (9,8 m / s ^ 2). Este acesta rezultatul pe care l-am vedea pe scara noastră de bucătărie, cântărind lumina solară, ~ 10 nanograme?
Contrar opiniei destul de comune, există un analog al masei de lumină și este semnificativ din punct de vedere fizic. Să facem un experiment de gândire. Să zicem că aveți o cameră cu pereți interiori oglindi, absolut reflectori și o masă cunoscută cu exactitate. Și acum lăsați un fascicul puternic de oarecare laser să-l pătrundă pentru o perioadă scurtă de timp prin gaură, imediat după care gaura se închide. Lumina este în cameră, călătorind acolo de la perete la perete.
Deci, dacă ar exista posibilitatea unor măsurători ultra-precise, s-ar descoperi că masa camerei cu lumina prinsă în interior ar fi crescut. În special, va deveni mai greu. Și inerția ei va crește. Și gravitația (!). În mod tradițional, toate aceste proprietăți sunt atribuite special masei.
Dovada formală este cel puțin aceasta: lăsați electronii și pozitronii să fie în cameră ceva timp; În mod natural, cresc masa totală. Curând după aceea, toate se anihilează - și avem o cameră cu canta gamma. Este clar că masa camerei nu s-a schimbat!
Cât cântărește universul?
Cât cântărește universul, puteți încerca să calculați determinând masa cvasarilor. Studiind galaxiile vecine, cercetătorii au stabilit că există o corelație între masa găurii negre și galaxia. De obicei, masa unei găuri negre este un procent mic din masa unui sistem stelat, variind de la aproximativ 0,14 la sută la 0,5 la sută. Dacă această relație este adevărată în Universul timpuriu, masa Galaxiei ar trebui să fie echivalentă cu trilioanele uluitoare de mase solare din stele. Nu mai vorbim de materia sa întunecată, care este de departe cea mai masivă parte a fiecărui sistem stelar. Încă nu este posibil să se determine masa altor galaxii dacă există în Universul modern. Dar dacă galaxiile există în intervalul de masă prevăzut, atunci aceasta va fi detectată pentru prima dată în această eră.
Studierea masivității galaxiei va oferi informații despre cum crește în univers. Creșterea sa este de aproximativ 2000 km pe zi. Există o cifră complet neprovizabilă că masa Galaxiei este undeva în puterea a cincizeci de tone. Luminozitatea cvaselor îndepărtate și greutatea universului.
De ce există o corelație între masa unei găuri negre și a unei galaxii? Care este relația dintre acumularea găurilor negre și formarea stelelor? Cercetătorii au calculat că luminozitatea quasarilor depinde cu viteză maximă de limita Eddington. Limita Eddington există deoarece cu cât gaura neagră absoarbe mai rapid corpul, cu atât frecarea este mai mare și, prin urmare, se produce mai multă lumină pe discul de acumulare. Pe măsură ce rata de consum a unei găuri negre crește, cantitatea de energie emisă de radiații crește, ceea ce la rândul său încetinește rata de consum. Se ajunge la limita Eddington.
Limita Eddington este valoarea maximă critică a puterii de radiație și a luminozității. Dovadă de astrofizicistul englez Arthur Eddington ca o condiție pentru echilibrul tragerii, presiunii și radiațiilor. Lumina suplimentară este emisă spre exterior, punând presiune asupra materialului care cade, încetinind-o. Oricât de contrazicător ar părea, lumina exercită de fapt presiune asupra obiectelor într-o lumină suficientă și echivalează cu o putere semnificativă.
Oamenii de știință formează câteva modele convingătoare cu privire la astfel de întrebări cu privire la rolul găurilor negre, dar nu există un consens în această privință. Dacă cvasarul este un laborator unic pentru studiu, atunci gaura neagră a quasarului și galaxia - se dezvoltă împreună.
Lumina dintr-un quasar poate fi de asemenea folosită pentru a învăța despre univers în alte moduri. Luminozitatea va permite cercetătorilor să sondeze mediul intergalactic ca niciodată. Mediul intergalactic este distribuția gazului și a prafului între galaxii care conțin hidrogen, heliu și diverse metale (în condiții astrofizice, toate elementele de heliu de mai sus sunt cunoscute sub numele de "metale"). Lumina dintr-un quasar trebuie să călătorească suficient de mult înainte de a ajunge pe Pământ. Când lumina călătorește prin gaz, unele lungimi de undă ale luminii pătrund în gaz mai bine decât altele, iar unele elemente blochează anumite lungimi de undă. De exemplu, studiind spectrul de la un obiect și văzând că unele lungimi de undă lipsesc din spectru, cercetătorii pot afla despre conținutul de gaz. Cu toate acestea, procesul devine mai dificil, mai ales la distanțe atât de mari. Cu o lumină dimmer (schimbare de putere), este mai dificil să se distingă între aceste goluri sau linii din spectru.
Luminozitatea quasarului va oferi o măsurare mai clară a mediului intergalactic. Determinând luminozitatea cvasarului, se poate răspunde la întrebarea: „Cât cântărește Universul?” Și, de asemenea, întrucât metalele din mediul intergalactic au fost produse prin contopirea miezurilor de stele, măsurarea acestor elemente poate ajuta cercetătorii să învețe despre procesele de formare a stelelor în Univers.
