На пръв поглед въпросът за теглото на сянката изглежда глупав. Дори сянката да има някаква тежест, тя трябва да е толкова малка, че да може да се измерва само с техниката на микрочастиците. Има и друг въпрос, дали светлината има тегло, тъй като по един или друг начин тя трябва да даде определена тежест на всеки предмет?
И двата въпроса изглеждат странни, но достатъчно интересни, затова реших да ги разбера.
Нека първо да си спомним Питър Пан, те казват, че той е имал жива сянка, но беше толкова незначителен, че сякаш не тежеше повече от цигарен дим. Питър Пан, разбира се, беше измислен персонаж, въпреки че на квантово ниво това може да няма значение, а неговият създател Дж. М. Бари, нямаше достатъчно научни познания.
Всъщност, използвайки една от референтните рамки, можем да заключим, че нашите сенки всъщност тежат по-малко от нищо. Преди четиристотин години астрономът Йоханес Кеплер забеляза, че опашките на кометата винаги са обърнати встрани от Слънцето и заключи, че слънчевите лъчи оказват налягане, което носи частици далеч. В края на 19 век физикът Джеймс Клерк Максуел формулира уравнение за изчисляване на налягането на светлината, което беше експериментално потвърдено през 1903 г.
Надявам се да разберете в какво се захващам. Ако стоите и слънчевите лъчи падат върху вас, създавате зона на понижено налягане, покрита със сянка. В сравнение с останалата част от пейзажа, сянката ви (или по-точно - площта, която покрива) тежи по-малко.
Колко по-малко? Не много. Налягането на слънчевите лъчи е невероятно малко: по-малко от милиарден Па върху земната повърхност. С други думи, ще са необходими няколко милиона човешки сенки, за да се отчете един килограм светеща интензивност в сянката. Светлината, поразяваща град Чикаго, има обща сила около 1334N.
Въпреки това, много малък не означава маловажен. За да може японската космическа сонда Hayabusa да се приближи до астероида Itokawa през 2005 г., задръжте до нея, а също и да не я детонира или да се сблъска с нея, светлинното налягане, равно на 1 процент от тягата на двигателя на сондата, беше взето предвид. Това беше направено с невероятна точност, така че сондата успя да кацне на астероида, да събере проби от прах и да се върне на Земята през юни 2010 г.
Промоционално видео:
Друг също толкова интересен обект е японската соларна платноходка IKAROS, мечта на писатели на научна фантастика от поне 50 години, най-накрая стартирана през 2017 година. Идеята беше, че слънчевото платно използва налягането на светлината, слънчевия вятър (слаб поток от заредени частици, излъчван от слънчевата корона) и полезен товар за неговото движение. През юни IKAROS успешно повдигна своето платно, 7,5 микрона квадрат от ултра тънък филм, оборудван със слънчев панел, служещ за източник на енергия. През юли японската космическа агенция съобщи, че IKAROS се движи напред със слънчево налягане от 1,12 mN, което по принцип не е толкова много. Но тази сила се генерира от слънчевите лъчи и е безплатна! Учените са направили това на разстояние повече от четири милиона километра! Заслужава уважение.
През 2010 г. изследователи от Австралийския национален университет показаха, че светлината може да се използва за повдигане на миниатюрни частици и преместването им на 12 инча (30 см) един от друг. Те прецениха, че в крайна сметка ще успеят да направят същото на 33 фута (10 метра), което също не изглежда толкова страхотно. Ако обаче мъничката частица е смъртоносен вирус, жива клетка или молекула газ, които не могат да бъдат преместени по друг начин … знаете какво имам предвид.
И така, глупав ли е въпросът за теглото на сянката? Като цяло, да. В търсене на отговор на този глупав въпрос обаче правим малка, но много значима стъпка, опитвайки се да разберем какво е относително леко тегло? По-рано този въпрос бяха зададени от Kepler, Maxwell, а сега сме.
Спомням си опита от училищните уроци по физика. Лъчът на светлината беше насочен към работното колело, венчелистчетата на които бяха боядисани последователно в бяло и черно. Под въздействието на светлината турбината започна да се върти, което ясно доказа, че светлината има импулс. Това означава, че светещият поток е не само вълни, но и частици-корпускули (има двоен или двоен характер). Що се отнася до теглото на сянката, тази стойност има отрицателна стойност, тъй като най-малкото налягане на светлинните лъчи се поема от тялото, скринизиращо сянката.
Има цяла дискусия за сянката на въпроса:
- Теглото (във физиката) е силата, с която тялото натиска върху опората. Обикновено се бърка с масата, тъй като в гравитационното поле на Земята теглото е пропорционално на масата, а коефициентът на пропорционалност (ускорение при свободно падане) практически не се променя. Също така при въртяща се неинерциална система (например в въртяща се космическа станция) центробежната сила (и с нея теглото на предметите) ще бъде пропорционална на тяхната маса, но коефициентът на пропорционалност ще бъде различен. Сега за сянката. Разбира се, това не е обект. И тя няма маса. В известен смисъл обаче сянката има тегло. Само той е отрицателен! В крайна сметка сянка е отсъствието на светлина поради препятствие, което застана на пътя му. Светлината е поток от фотони с маса и скорост и с тях инерция. Ако фотоните летяха, те биха предали своите импулси към осветената „опора“, оказвайки непрекъснат натиск. И наляганетоумножена площ е силата. Можем да кажем теглото на светлината. Е, сянката е отсъствието както на светлината, така и на нейната „тежест“. Тоест, в сравнение с осветлението сянката изглежда има "отрицателно" тегло, приблизително като "дупка" (липса на отрицателно зареден електрон в полупроводник) "има" положителен заряд.
- Какво е абсурдно? Фотоните нямат маса, имат импулс и ако се ръководите от формулата E = mc ^ 2, тогава за фотон енергията ще бъде равна на E = pc, тъй като фотоните нямат и не могат да имат маса на покой. Сега за отрицателната маса. Отрицателната маса, хипотетично, се притежава от частици от екзотична материя. И това се проявява във факта (не забравяйте, че масата е инерционна мярка), че ако "натиснете" тази частица, тя ще лети в другата посока. Това няма нищо общо с този въпрос. Ако следвате уличната си логика, тогава всичко, което изглежда, може да се нарече отрицателно, но има някаква пречка за това. Те се забавляваха и от такива груби предположения като: импулсът е маса, а масата е сила, а силата е натиск, а налягането е тежест. С този подход можете да докажете всичко. Дори има име за това (не помня),когато фалшивата преценка е взета за основа (истина) и изявлението, което е необходимо, се извлича от нея. Бихте могли да бъдете добър теоретик на конспирацията.
- Няма импулс без маса. Енергия без маса също не съществува. За масата не беше казана и дума. Теглото не е маса. Това се казва от самото начало. „Теглото“на сянката е отрицателно (в известен смисъл). Нямаше сянка на „маса“. Представянето на отсъствието на нещо като присъствието на нещо директно противоположно е удобна, дългогодишна и широко използвана традиция във физиката. Не случайно визирам "дупки" (липса на електрони) в полупроводниците. Удобно е да ги считате (и се считат!) За "носители на заряд" с подравнение на електрони, но с обратен знак на заряда. Защото не работих да те науча на основите на физиката.
- Трудно е да се игнорира въпрос, който има коренно погрешен отговор, висящ в горната част. Теглото е векторно физическо количество, което характеризира силата на действие на тялото върху опора. P = m * g. Вижда се, че теглото може да бъде отрицателно, например, ако плътността на тялото е по-малка от плътността на средата (силата на плаваемост действа върху тялото). Отрицателното тегло не означава отсъствието му. Сега малко за това какво представлява сянка. Сянката е оптично явление, което се среща при различни условия на осветление. И това не означава пълно отсъствие на светлина. Просто едната повърхност е по-ярка (повече фотони се удрят и се отразяват върху нея), а другата е по-тъмна (сянка). Знаем, че фотоните нямат маса (ако един фотон е имал маса, то неговото отклонение в гравитационното поле би трябвало да зависи от неговата честота, но ние не наблюдаваме това, според всички изчисления, досега е ахроматично),и следователно нямат тегло, но имат енергия и инерция. Тъй като фотоните имат инерция, падащата върху тялото светлина упражнява натиск върху нея (квантовата теория на светлината обяснява светлинното налягане в резултат на прехвърлянето на импулс от фотони към атоми или молекули на веществото), но не може да се идентифицира с теглото по никакъв начин. Всичко по-горе е коментар за отговора на Некто. Всъщност сянката няма тежест, защото е само оптично явление, като преливане на бензин (намеса в тънки филми) или вашето отражение във вода.но не може да се идентифицира с теглото по никакъв начин. Всичко по-горе е коментар за отговора на Некто. Всъщност сянката няма тежест, защото е само оптично явление, като преливане на бензин (намеса в тънки филми) или вашето отражение във вода.но не може да се идентифицира с теглото по никакъв начин. Всичко по-горе е коментар за отговора на Некто. Всъщност сянката няма тежест, защото е само оптично явление, като преливане на бензин (намеса в тънки филми) или вашето отражение във вода.
- Доказва ли независимостта на честотата нещо? В класическата механика ъгловото отклонение на светлината също не зависи от честотата (deltaV / c) = (2 * G * M) / (R * c2). В SRT ще има (deltaV / c) = (4 * G * M) / (R * c2), тоест два пъти повече, но не се добавят / добавят зависимости. Съмнявам се, че всеки параметър на системата може да изчезне от промяна в терминологията. Тоест, теглото на светлината не трябва да отива никъде. Може да се наложи да се предефинира по някакъв начин, но не трябва да е, че в старата версия тя е ненулева, а в новата - нулева. Освен това има импулс.
КАК СЕ СЛЕДВА ЛЕГЛОТО ТЕГЛО? Колкото и неговата енергия
Фотоните, частици от светлината, нямат покойна маса и съществуват само в движение със скоростта на светлината. Следователно един фотон не може да се претегля. Стените на всеки съд обаче излъчват топлинно излъчване, запълвайки вътрешния обем с фотони. Те се движат произволно във всички посоки, а средната им скорост е нула. Такъв, както казват физиците, фотонният газ има маса, съответстваща на неговата енергия (E = mc2), и по принцип може да бъде претеглена. Например топлинното излъчване вътре в литров контейнер тежи около един въглероден атом. Масата на радиация расте бързо с температурата, но само при милиард градуса тя ще бъде равна по плътност на веществото, с което сме свикнали. Освен това, самото излъчване вече няма да е обикновена светлина, а твърди рентгенови лъчи.
Лесно е да разберете. Тичаме към кухнята, вземаме електронна везна и около обяд я настройваме директно перпендикулярно на слънчевата светлина. Ако приемем, че сме чисти и цялата светлина се отразява напълно от лъскавата повърхност на кантара, вземаме от таблицата ru.wikipedia.org числовата стойност на налягането на Слънцето при пълно отражение (9,08 микроНютона на квадратен метър) и умножаваме по площта на работната повърхност на нашите тежести (~ 0,11 кв. М). Получаваме ~ 100 nanoNewtons, силата на налягането на слънчевия вятър върху кантара. Превеждаме това в познатите на всички единици (килограми), като разделяме резултата на ускорението на гравитацията (9,8 m / s ^ 2). Това ли е резултатът, който щяхме да видим на нашата скала в кухнята, претегляща слънчева светлина, ~ 10 нанограма?
Противно на доста общоприетото мнение, има аналог на масата на светлината и тя е доста физически значима. Нека направим мислен експеримент. Да речем, че имате камера с огледални, абсолютно отразяващи се вътрешни стени и точно известна маса. А сега оставете мощен лъч от някакъв лазер да влезе в него за кратко през дупката, скоро след което дупката се затваря. Светлината е в камерата, пътуваща там от стена до стена.
Така че, ако имаше възможност за ултра точни измервания, щеше да се установи, че масата на камерата със светлина, хваната вътре, щеше да се увеличи. По-специално, тя ще стане по-тежка. И нейната инерция ще расте. И гравитацията (!). Традиционно всички тези свойства се приписват на масата.
Официалното доказателство е поне това: нека електроните и позитроните са в камерата за известно време; Естествено, те увеличават общата маса. Скоро след това всички те унищожават - и ние имаме камера с гама кванти. Ясно е, че масата на камерата не се е променила!
Колко тежи Вселената?
Колко тежи Вселената, можете да опитате да изчислите, като определите масата на квазарите. Изучавайки съседните галактики, изследователите са установили, че има връзка между масата на черната дупка и галактиката. Обикновено масата на черна дупка е малък процент от масата на звездна система, варираща от около 0,14 до 0,5 процента. Ако тази връзка е вярна в ранната Вселена, масата на Галактиката трябва да бъде еквивалентна на потресаващите трилиони слънчеви маси в звезди. Да не говорим за тъмната й съставна материя, която е най-масовата част от всяка звездна система. Все още не е възможно да се определи масата на други Галактики, ако те съществуват в съвременната Вселена. Но ако галактиките съществуват в прогнозирания масов диапазон, тогава тя ще бъде открита за първи път в тази ера.
Изучаването на масивността на галактиката ще предостави информация за това как тя расте във Вселената. Ръстът му е около 2000 км на ден. Има напълно недоказуема цифра, че масата на Галактиката е някъде с петдесетата сила на тона. Светимостта на далечните квазари и тежестта на Вселената.
Защо има връзка между масата на черна дупка и галактика? Каква е връзката между нарастването на черната дупка и образуването на звезди? Изследователите изчислили, че светимостта на квазарите зависи с максимална скорост от границата на Едингтън. Ограничението на Едингтън съществува, защото колкото по-бързо черната дупка поглъща тялото, толкова повече триене и следователно се произвежда повече светлина в диска за натрупване. С увеличаването на потреблението на черна дупка количеството излъчвана енергия от радиация се увеличава, което от своя страна забавя скоростта на потребление. Лимитът на Eddington е достигнат.
Ограничението на Eddington е критичната максимална стойност на радиационната мощност и светимостта. Доказано от английския астрофизик Артър Едингтън като условие за равновесието на тягата, налягането и радиацията. Допълнителна светлина се излъчва навън, оказва натиск върху падащия материал, забавяйки го. Колкото и противоположна да изглежда, светлината всъщност оказва натиск върху обекти при достатъчно светлина и се равнява на значителна мощност.
Учените формират някои убедителни модели по подобни въпроси относно ролята на черните дупки, но по този въпрос няма консенсус. Ако квазарът е уникална лаборатория за изследването, тогава квазарната черна дупка и галактиката - се развиват заедно.
Светлината от квазар може да се използва и за да научите за Вселената по други начини. Яркостта ще позволи на изследователите да проучат междугалактическата среда, както никога досега. Междугалактичната среда е разпределението на газ и прах между галактики, съдържащи водород, хелий и различни метали (в астрофизични условия всички горепосочени елементи на хелий са известни като "метали"). Светлината от квазар трябва да пътува достатъчно дълго, преди да достигне Земята. Когато светлината пътува през газ, някои дължини на вълната светлина проникват в газ по-добре от други, а някои елементи блокират определени дължини на вълната. Например, изучавайки спектъра от обект и виждайки, че някои дължини на вълната липсват от спектъра, изследователите могат да научат за съдържанието на газ. Процесът обаче става по-труден, особено на толкова големи разстояния. С по-димерна (промяна в силата) светлина е по-трудно да се разграничат тези пропуски или линии в спектъра.
Яркостта на квазара ще осигури по-ясно измерване на междугалактичната среда. След като определите яркостта на квазара, човек може да отговори на въпроса: "Колко тежи Вселената?" И също така, тъй като металите в междугалактичната среда са произведени чрез сливане на сърцевините на звездите, измерванията на тези елементи могат да помогнат на изследователите да научат за процесите на образуване на звезди във Вселената.