Op het eerste gezicht lijkt de vraag naar het gewicht van de schaduw dom. Zelfs als de schaduw enig gewicht heeft, moet hij zo klein zijn dat hij alleen kan worden gemeten met de microdeeltjestechniek. Er is nog een andere vraag: heeft licht gewicht, omdat het op de een of andere manier een bepaald gewicht aan een object zou moeten geven?
Beide vragen lijken vreemd, maar interessant genoeg, dus besloot ik ze uit te zoeken.
Laten we eerst Peter Pan herinneren, ze zeggen dat hij een levende schaduw had, maar die was zo onbeduidend dat hij niet meer leek te wegen dan sigarettenrook. Peter Pan was natuurlijk een fictief personage, hoewel het op kwantumniveau misschien niet uitmaakt, en de maker ervan, J. M. Barry had niet genoeg wetenschappelijke kennis.
Met behulp van een van de referentiekaders kunnen we inderdaad concluderen dat onze schaduwen eigenlijk minder dan niets wegen. Vierhonderd jaar geleden merkte astronoom Johannes Kepler op dat komeetstaarten altijd van de zon af gericht zijn, en concludeerde dat de zonnestralen druk uitoefenen die deeltjes wegvoeren. Aan het einde van de 19e eeuw formuleerde natuurkundige James Clerk Maxwell een vergelijking voor het berekenen van de lichtdruk, die experimenteel werd bevestigd in 1903.
Ik hoop dat je begrijpt wat ik bedoel. Als je staat en de zonnestralen vallen op je, creëer je een zone met verminderde druk, bedekt met schaduw. Vergeleken met de rest van het landschap weegt je schaduw (of beter gezegd: het gebied dat het beslaat) minder.
Hoeveel minder? Weinig. De druk van de zonnestralen is ongelooflijk laag: minder dan een miljardste Pa op het aardoppervlak. Met andere woorden, er zijn enkele miljoenen menselijke schaduwen nodig om één pond lichtsterkte in de schaduw te verklaren. Licht dat de stad Chicago opvalt, heeft een totale sterkte van ongeveer 1334N.
Heel klein betekent echter niet onbelangrijk. Om de Japanse ruimtesonde Hayabusa in 2005 de asteroïde Itokawa te laten naderen, ernaast te laten zweven en hem ook niet te laten ontploffen of ermee te laten botsen, werd rekening gehouden met de lichte druk gelijk aan 1 procent van de stuwkracht van de sonde. Dit gebeurde met een ongelooflijke precisie, dus de sonde kon op de asteroïde landen, stofmonsters verzamelen en in juni 2010 naar de aarde terugkeren.
Promotie video:
Een ander even interessant object is de Japanse zonnezeilboot IKAROS, een droom van sciencefictionschrijvers sinds minstens 50 jaar, die uiteindelijk in 2017 werd gelanceerd. Het idee was dat het zonnezeil de druk van het licht, de zonnewind (een zwakke stroom geladen deeltjes afkomstig van de zonnecorona) en de lading gebruikte om het te verplaatsen. In juni heeft IKAROS met succes zijn zeil gehesen, een vierkant van 7,5 micron ultradunne film, uitgerust met een zonnepaneel dat dienst doet als stroombron. In juli meldde het Japanse ruimteagentschap dat IKAROS voortgestuwd wordt door een zonnedruk van 1,12 mN, wat in principe niet zo veel is. Maar deze kracht wordt gegenereerd door de zonnestralen, en het is gratis! Wetenschappers hebben dit gedaan op een afstand van meer dan vier miljoen kilometer! Het verdient respect.
In 2010 toonden onderzoekers van de Australian National University aan dat licht kan worden gebruikt om kleine deeltjes op te tillen en ze 30 cm uit elkaar te bewegen. Ze dachten dat ze uiteindelijk hetzelfde zouden kunnen doen op 33 voet (10 meter), wat ook niet zo geweldig lijkt. Als het kleine deeltje echter een dodelijk virus, levende cel of gasmolecuul is dat op geen enkele andere manier kan worden verplaatst … weet je wat ik bedoel.
Dus, is de vraag over het gewicht van de schaduw stom? Over het algemeen wel. Op zoek naar een antwoord op deze stomme vraag nemen we echter een kleine maar zeer belangrijke stap, in een poging te begrijpen wat relatief licht van gewicht is. Eerder werd deze vraag gesteld door Kepler, Maxwell, en nu zijn we dat.
Ik herinner me de ervaring van natuurkundelessen op school. De lichtstraal werd naar de waaier gericht, waarvan de bloembladen afwisselend wit en zwart waren geverfd. Onder invloed van licht begon de turbine te draaien, wat duidelijk bewees dat licht een impuls heeft. Dit betekent dat de lichtstroom niet alleen uit golven bestaat, maar ook uit deeltjes-bloedlichaampjes (heeft een dubbele of dubbele aard). Wat betreft het gewicht van de schaduw, deze waarde heeft een negatieve waarde omdat de geringste druk van de lichtstralen wordt opgevangen door het lichaam dat de schaduw afschermt.
Er is een hele discussie over de schaduw op Тhequestion:
- Gewicht (in de natuurkunde) is de kracht waarmee het lichaam op de steun drukt. Het wordt meestal verward met massa, omdat in het zwaartekrachtveld van de aarde het gewicht evenredig is met de massa en de evenredigheidscoëfficiënt (versnelling van de zwaartekracht) praktisch ongewijzigd is. Ook in een roterend niet-inertiaal systeem (bijvoorbeeld in een roterend ruimtestation) zal de middelpuntvliedende kracht (en daarmee het gewicht van objecten) evenredig zijn met hun massa, maar de evenredigheidscoëfficiënt zal anders zijn. Nu over de schaduw. Het is natuurlijk geen object. En ze heeft geen massa. In zekere zin heeft de schaduw echter gewicht. Alleen hij is negatief! Een schaduw is immers de afwezigheid van licht door een obstakel dat op zijn pad stond. Licht is een stroom fotonen met massa en snelheid, en daarmee momentum. Als de fotonen vlogen, zouden ze hun impulsen doorgeven aan de verlichte "drager", waarbij ze continue druk uitoefenen. En de drukvermenigvuldigd gebied is kracht. We kunnen het gewicht van licht zeggen. Welnu, de schaduw is de afwezigheid van zowel licht als zijn ‘gewicht’. Dat wil zeggen dat, vergeleken met verlichting, de schaduw een "negatief" gewicht lijkt te hebben, ongeveer zoals een "gat" (het ontbreken van een negatief geladen elektron in een halfgeleider) "een" positieve lading heeft.
- Wat is absurd? Fotonen hebben geen massa, ze hebben momentum, en als je je laat leiden door de formule E = mc ^ 2, dan is voor een foton de energie gelijk aan E = pc, omdat fotonen geen rustmassa hebben en kunnen hebben. Nu over de negatieve massa. De negatieve massa wordt hypothetisch bezeten door deeltjes van exotische materie. En dit komt tot uiting in het feit (vergeet niet dat massa een maat voor traagheid is) dat als je dit deeltje "duwt", het de andere kant op zal vliegen. Het heeft niets met deze kwestie te maken. Als je je straatlogica volgt, kan alles wat lijkt te zijn negatief worden genoemd, maar hier is een obstakel voor. Ze waren ook geamuseerd door zulke ruwe aannames als: momentum is massa, en massa is kracht, en kracht is druk, en druk is gewicht. Met deze aanpak kun je alles bewijzen. Er is zelfs een naam voor (ik weet het niet meer)wanneer een vals oordeel als basis wordt genomen (waarheid) en de verklaring die nodig is daarvan wordt afgeleid. Je zou een goede complottheoreticus kunnen zijn.
- Er is geen impuls zonder massa. Energie zonder massa bestaat ook niet. Er werd geen woord gezegd over de mis. Gewicht is geen massa. Dit is vanaf het begin gezegd. Het "gewicht" van de schaduw is negatief (in zekere zin). Er was geen schaduw van een "massa". De afwezigheid van iets voorstellen als de aanwezigheid van iets dat direct tegenovergesteld is, is een gemakkelijke, langdurige en veelgebruikte traditie in de natuurkunde. Ik doel niet per ongeluk op "gaten" (gebrek aan elektronen) in halfgeleiders. Het is handig om ze te beschouwen (en worden beschouwd!) Als "ladingsdragers" met de subformiteit van elektronen, maar het tegenovergestelde teken van de lading. Omdat ik niet heb gewerkt om je de basis van natuurkunde te leren.
- Het is moeilijk om een vraag te negeren met een fundamenteel verkeerd antwoord bovenaan. Gewicht is een fysieke vectorgrootheid die de werkingskracht van een lichaam op een drager kenmerkt. P = m * g. We zien dat het gewicht bijvoorbeeld negatief kan zijn als de dichtheid van het lichaam kleiner is dan de dichtheid van het medium (de drijfkracht werkt op het lichaam). Negatief gewicht betekent niet dat het afwezig is. Nu een beetje over wat een schaduw is. Schaduw is een optisch fenomeen dat optreedt onder verschillende lichtomstandigheden. En dit betekent niet dat er geen licht volledig is. Het is gewoon dat het ene oppervlak helderder is (meer fotonen raken en reflecteren erop), en het andere is zwakker (schaduw). We weten dat fotonen geen massa hebben (als een foton massa had, dan zou zijn afbuiging in het zwaartekrachtveld afhankelijk moeten zijn van zijn frequentie, maar we nemen dit niet waar, volgens alle berekeningen is het tot nu toe achromatisch),en hebben daarom geen gewicht, maar ze hebben energie en momentum. Omdat fotonen momentum hebben, oefent licht dat op een lichaam valt er druk op uit (de kwantumtheorie van licht verklaart lichtdruk als gevolg van de overdracht van momentum door fotonen naar atomen of moleculen van een stof), maar het kan op geen enkele manier met gewicht worden geïdentificeerd. Al het bovenstaande is een commentaar op het antwoord van Nekto. In feite heeft de schaduw geen gewicht, omdat het slechts een optisch fenomeen is, zoals het overlopen van benzine (interferentie in dunne films) of je reflectie in water.maar het kan op geen enkele manier met gewicht worden geïdentificeerd. Al het bovenstaande is een commentaar op het antwoord van Nekto. In feite heeft de schaduw geen gewicht, omdat het slechts een optisch fenomeen is, zoals het overlopen van benzine (interferentie in dunne films) of je reflectie in water.maar het kan op geen enkele manier met gewicht worden geïdentificeerd. Al het bovenstaande is een commentaar op het antwoord van Nekto. In feite heeft de schaduw geen gewicht, omdat het slechts een optisch fenomeen is, zoals het overlopen van benzine (interferentie in dunne films) of je reflectie in water.
- Bewijst frequentieonafhankelijkheid iets? In de klassieke mechanica is de hoekafbuiging van licht ook onafhankelijk van de frequentie (deltaV / c) = (2 * G * M) / (R * c2). In SRT zal het (deltaV / c) = (4 * G * M) / (R * c2) zijn, dat wil zeggen tweemaal zoveel, maar er worden geen afhankelijkheden toegevoegd / toegevoegd. Ik betwijfel of een parameter van het systeem kan verdwijnen door een wijziging in de terminologie. Dat wil zeggen, het gewicht van het licht mag nergens heen. Het moet misschien op de een of andere manier opnieuw worden gedefinieerd, maar het zou niet zo moeten zijn dat het in de oude versie niet nul was en in de nieuwe was het nul. Bovendien is er een impuls.
HOEVEEL IS HET LICHTGEWICHT? Zoveel als zijn energie
Fotonen, lichtdeeltjes, hebben geen rustmassa en bestaan alleen in beweging met de snelheid van het licht. Daarom kan één foton niet worden gewogen. De wanden van elk vat zenden echter warmtestraling uit, waardoor het binnenvolume met fotonen wordt gevuld. Ze bewegen willekeurig in alle richtingen en hun gemiddelde snelheid is nul. Zoals natuurkundigen zeggen, heeft een fotongas een massa die overeenkomt met zijn energie (E = mc2), en kan het in principe worden gewogen. Warmtestraling in een litercontainer weegt bijvoorbeeld ongeveer één koolstofatoom. De massa van straling groeit snel met de temperatuur, maar pas bij een miljard graden zal deze in dichtheid gelijk zijn aan de stof die we gewend zijn. Bovendien zal deze straling zelf geen gewoon licht meer zijn, maar harde röntgenstralen.
Het is gemakkelijk te achterhalen. We rennen naar de keuken, nemen een elektronische weegschaal en zetten hem rond het middaguur loodrecht op het zonlicht. Ervan uitgaande dat we schoon zijn en al het licht volledig wordt gereflecteerd door het glanzende oppervlak van de weegschaal, nemen we uit de tabel ru.wikipedia.org de numerieke waarde van de druk van de zon bij volledige reflectie (9,08 microNewtons per vierkante meter) en vermenigvuldigen we dit met de oppervlakte van het werkoppervlak van onze gewichten (~ 0,11 vierkante meter). We krijgen ~ 100 nanoNewtons, de kracht van de zonnewinddruk op de weegschaal. We vertalen dit naar de eenheden die iedereen kent (kilogram), waarbij we het resultaat delen door de versnelling van de zwaartekracht (9,8 m / s ^ 2). Is dit het resultaat dat we zouden zien op onze keukenweegschaal, met een gewicht van zonlicht, ~ 10 nanogram?
In tegenstelling tot de vrij algemene mening, is er een analoog van de massa van licht, en het is behoorlijk fysiek zinvol. Laten we een gedachte-experiment maken. Stel dat u een kamer heeft met spiegelende, absoluut reflecterende binnenwanden en een precies bekende massa. En laat nu voor een korte tijd een krachtige straal van een laser door het gat komen, waarna het gat zich sluit. Licht is in de kamer en reist daar van muur tot muur.
Dus als er de mogelijkheid zou zijn van ultraprecieze metingen, zou ontdekt worden dat de massa van de kamer met het licht erin zou zijn toegenomen. In het bijzonder wordt het zwaarder. En haar traagheid zal toenemen. En zwaartekracht (!). Traditioneel worden al deze eigenschappen specifiek aan de massa toegeschreven.
Het formele bewijs is tenminste dit: laat de elektronen en positronen enige tijd in de kamer zijn; Ze vergroten natuurlijk de totale massa. Kort daarna vernietigen ze allemaal - en we hebben een camera met gamma-quanta. Het is duidelijk dat de massa van de kamer niet is veranderd!
Hoeveel weegt het universum?
Hoeveel het universum weegt, kun je proberen te berekenen door de massa van quasars te bepalen. Door naburige sterrenstelsels te bestuderen, hebben de onderzoekers vastgesteld dat er een verband bestaat tussen de massa van het zwarte gat en het sterrenstelsel. Meestal is de massa van een zwart gat een klein percentage van de massa van een sterrenstelsel, variërend van ongeveer 0,14 procent tot 0,5 procent. Als deze relatie waar is in het vroege heelal, zou de massa van de Melkweg gelijk moeten zijn aan de duizelingwekkende triljoenen zonsmassa's in sterren. Om nog maar te zwijgen van de donkere samenstellende materie, die verreweg het meest massieve deel van elk sterrenstelsel is. Het is nog niet mogelijk om de massa van andere melkwegstelsels te bepalen als ze in het moderne heelal bestaan. Maar als er sterrenstelsels bestaan in het voorspelde massabereik, dan zal het in dit tijdperk voor het eerst worden gedetecteerd.
Het bestuderen van de massaliteit van de melkweg zal informatie opleveren over hoe deze groeit in het universum. De groei is ongeveer 2000 km per dag. Er is een totaal onbewijsbaar cijfer dat de massa van de Melkweg ergens in de vijftigste ton ligt. De helderheid van verre quasars en het gewicht van het universum.
Waarom is er een verband tussen de massa van een zwart gat en een melkwegstelsel? Wat is de relatie tussen aanwas van zwart gat en stervorming? De onderzoekers berekenden dat de helderheid van quasars bij maximale snelheid afhangt van de Eddington-limiet. De Eddington-limiet bestaat omdat hoe sneller het zwarte gat het lichaam opneemt, hoe meer wrijving en dus meer licht wordt geproduceerd in de accretieschijf. Naarmate het verbruik van een zwart gat toeneemt, neemt de hoeveelheid uitgezonden stralingsenergie toe, wat op zijn beurt het verbruik vertraagt. De Eddington-limiet is bereikt.
Eddington-limiet is de kritische maximale waarde van het stralingsvermogen en de lichtsterkte. Bewezen door de Engelse astrofysicus Arthur Eddington als voorwaarde voor het evenwicht van stuwkracht, druk en straling. Extra licht wordt naar buiten uitgestraald, waardoor druk wordt uitgeoefend op het vallende materiaal en het vertraagt. Hoe contra-intuïtief het ook mag lijken, licht oefent in feite druk uit op objecten in voldoende licht en staat gelijk aan aanzienlijk vermogen.
Wetenschappers vormen een aantal overtuigende modellen over dergelijke vragen met betrekking tot de rol van zwarte gaten, maar er is geen consensus over deze kwestie. Als de quasar een uniek laboratorium is voor de studie, dan ontwikkelen het quasar zwarte gat en de melkweg zich samen.
Licht van een quasar kan ook worden gebruikt om op andere manieren over het universum te leren. Door de helderheid kunnen onderzoekers de intergalactische omgeving als nooit tevoren onderzoeken. Het intergalactische medium is de verdeling van gas en stof tussen sterrenstelsels die waterstof, helium en verschillende metalen bevatten (in astrofysische omstandigheden staan alle bovengenoemde heliumelementen bekend als "metalen"). Licht van een quasar moet lang genoeg reizen voordat het de aarde bereikt. Wanneer licht door gas reist, dringen sommige golflengten van licht beter door het gas dan andere, en sommige elementen blokkeren bepaalde golflengten. Door bijvoorbeeld het spectrum van een object te bestuderen en te zien dat sommige golflengten in het spectrum ontbreken, kunnen onderzoekers meer te weten komen over het gasgehalte. Het proces wordt echter moeilijker, vooral op zulke lange afstanden. Met een dimmer (verandering in vermogen) licht is het moeilijker om onderscheid te maken tussen deze gaten of lijnen in het spectrum.
De helderheid van de quasar zorgt voor een duidelijkere meting van de intergalactische omgeving. Na de helderheid van de quasar te hebben bepaald, kan men de vraag beantwoorden: "Hoeveel weegt het heelal?" En aangezien de metalen in het intergalactische medium werden geproduceerd door de kernen van sterren samen te voegen, kunnen metingen van deze elementen onderzoekers helpen meer te weten te komen over de processen van stervorming in het heelal.