Na prvi pogled pitanje težine sjene izgleda glupo. Čak i ako sjena ima bilo kakvu težinu, mora biti toliko mala da se može mjeriti samo tehnikom mikročestica. Postoji i drugo pitanje, ima li svjetlost težinu, jer bi ona, na ovaj ili onaj način, trebala dati određenu težinu bilo kojem predmetu?
Oba ova pitanja izgledaju čudno, ali dovoljno zanimljivo, pa sam ih odlučio smisliti.
Sjetimo se najprije Petera Pana, kažu da je imao živu sjenu, ali bio je toliko beznačajan da se činilo da teži ne više od cigaretnog dima. Peter Pan bio je, naravno, izmišljeni lik, iako na kvantnoj razini to možda i nije važno, a njegov je autor J. M. Barry, nije imao dovoljno znanstvenih saznanja.
Doista, koristeći jedan od referentnih okvira, možemo zaključiti da naše sjene zapravo teže manje nego ništa. Prije četiri stotine godina, astronom Johannes Kepler primijetio je da su repovi kometa uvijek okrenuti prema suncu, te je zaključio da sunčeve zrake vrše pritisak koji odvaja čestice. Krajem 19. stoljeća fizičar James Clerk Maxwell sastavio je jednadžbu za izračun tlaka svjetlosti, što je eksperimentalno potvrđeno 1903. godine.
Nadam se da ste shvatili u što se upuštam. Ako stojite i sunčeve zrake padaju na vas, stvarate zonu sniženog tlaka, prekrivenu sjenom. U usporedbi s ostatkom krajolika, vaša sjena (ili točnije, područje koje pokriva) teži manje.
Koliko manje? Ne mnogo. Tlak sunčevih zraka nevjerojatno je mali: na Zemljinoj površini manje od milijarde Pa. Drugim riječima, bilo bi potrebno nekoliko milijuna ljudskih sjena da bi se u sjeni nalazila jedna funta svjetlosnog intenziteta. Svjetlost koja pogodi grad Chicago ima ukupnu snagu oko 1334N.
Međutim, vrlo malo ne znači nevažno. Da bi se japanska svemirska sonda Hayabusa 2005. godine približila asteroidu Itokawa, lebdio pored nje i također ga ne bi detonirao ili se sudario, uzet je u obzir svjetlosni tlak jednak 1 posto potiska motora sonde. To je učinjeno s nevjerojatnom preciznošću, pa je sonda uspjela sletjeti na asteroid, skupiti uzorke prašine i vratiti se na Zemlju u lipnju 2010. godine.
Promotivni video:
Drugi jednako zanimljiv objekt je japanska solarna jedrilica IKAROS, san pisaca znanstvene fantastike najmanje 50 godina, konačno je pokrenuta 2017. godine. Ideja je bila da solarno jedro koristi tlak svjetlosti, solarni vjetar (slab tok nabijenih čestica koje proizlaze iz solarne korone) i korisni teret da bi ga pomicao. U lipnju je IKAROS uspješno podigao svoje jedro, kvadrat 7,5 mikrona ultra tankog filma, opremljen solarnom pločom koja služi kao izvor energije. U srpnju je japanska svemirska agencija izvijestila da se IKAROS kreće naprijed sunčanim tlakom 1,12 mN, što u načelu nije toliko. Ali ovu snagu generiraju sunčeve zrake i to besplatno! Znanstvenici su to učinili na udaljenosti većoj od četiri milijuna kilometara! Zaslužuje poštovanje.
2010. godine, istraživači s australskog nacionalnog sveučilišta pokazali su da se svjetlost može koristiti za podizanje sitnih čestica i njihovo pomicanje udaljeno 12 centimetara (30 cm). Zamišljali su da bi na kraju mogli napraviti istu stvar na 33 metra, što također ne izgleda tako sjajno. Međutim, ako su sitne čestice smrtonosni virus, žive stanice ili molekule plina koje se ne mogu pokrenuti ni na koji drugi način … znate na što mislim.
Pa, je li pitanje o težini sjene glupo? Općenito, da. Ipak, u potrazi za odgovorom na ovo glupo pitanje, poduzimamo mali, ali vrlo značajan korak, pokušavajući shvatiti što je relativno mala težina? Ranije su nam ovo pitanje postavili Kepler, Maxwell, a sada jesmo.
Sjećam se iskustva sa školske nastave fizike. Snop svjetlosti bio je usmjeren na rotor, čije su latice obojane naizmjenično bijelo i crno. Pod utjecajem svjetlosti, turbina se počela okretati, što je jasno dokazalo da svjetlost ima impuls. To znači da svjetlosni tok nisu samo valovi, već i čestice-corpuscles (ima dvostruku ili dvostruku prirodu). Što se tiče težine sjene, ova vrijednost ima negativnu vrijednost, jer najmanji pritisak zraka svjetlosti preuzima tijelo koje pregledava sjenu.
Postoji cijela rasprava o sjeni na upitniku:
- Težina (u fizici) je sila kojom tijelo pritisne na oslonac. Obično se miješa s masom, jer je u Zemljinom gravitacijskom polju težina proporcionalna masi, a koeficijent proporcionalnosti (ubrzanje slobodnog pada) je praktički nepromijenjen. U rotacijskom neinercijalnom sustavu (na primjer, u stanici s rotirajućim prostorom) centrifugalna sila (a s njom i težina predmeta) bit će proporcionalna njihovoj masi, ali koeficijent proporcionalnosti bit će različit. Sad o sjeni. Naravno da to nije objekt. A ona nema masu. Međutim, u određenom smislu sjena ima težinu. Samo je on negativan! Napokon, sjena je odsutnost svjetlosti zbog prepreke koja je stala na njezinu putu. Svjetlost je tok fotona s masom i brzinom, a s njima i zamah. Ako bi fotoni letjeli, oni bi prenosili svoje impulse na osvijetljenu "potporu", vršeći kontinuirani pritisak. I pritisakpovršina pomnožena je snaga. Možemo reći težinu svjetlosti. Pa, sjena je odsutnost i svjetla i njegove "težine". To jest, u usporedbi sa osvjetljenjem, sjena izgleda da ima "negativnu" težinu, otprilike kao da "rupa" (nedostatak negativno nabijenog elektrona u poluvodiču) "ima" pozitivan naboj.
- Što je apsurdno? Fotoni nemaju masu, imaju zamah, a ako se vodite formulom E = mc ^ 2, tada će za foton energija biti jednaka E = pc, jer fotoni nemaju i ne mogu imati masu mirovanja. Sad o negativnoj masi. Negativnu masu, hipotetski, posjeduju čestice egzotične materije. A to se očituje u činjenici (ne zaboravite da je masa mjera inercije) da ako "gurnete" ovu česticu, ona će letjeti u drugom smjeru. To nema nikakve veze s ovim pitanjem. Ako slijedite svoju uličnu logiku, onda se sve što se čini moglo nazvati negativnim, ali postoji neka prepreka za to. Zabavljale su ih i takve surove pretpostavke kao što su: zamah je masa, a masa je sila, a sila je pritisak, a pritisak je težina. Ovim pristupom možete dokazati bilo što. Postoji čak i ime za to (ne sjećam se),kad se lažna presuda uzme kao osnova (istina) i iz nje se izvodi izjava koja je potrebna. Mogao bi biti dobar teoretičar zavjere.
- Nema nagona bez mase. Energija bez mase također ne postoji. O misi nije rekla ni riječ. Težina nije masa. To se govori od samog početka. "Težina" sjene je negativna (u određenom smislu). Nije bilo sjene "mase". Prikazivanje odsutnosti nečega kao prisutnost nečeg neposredno suprotnog je prikladna, dugogodišnja i široko korištena tradicija u fizici. Slučajno ne spominjem "rupe" (nedostatak elektrona) u poluvodičima. Prikladno ih je smatrati (i smatraju se!) „Nosiocima naboja“s podformalnošću elektrona, ali suprotan znaku naboja. Jer te nisam radio naučiti osnove fizike.
- Teško je zanemariti pitanje koje na vrhu ima potpuno pogrešan odgovor. Težina je vektorska fizička količina koja karakterizira silu djelovanja tijela na nosač. P = m * g. Vidi se da težina može biti negativna, na primjer, ako je gustoća tijela manja od gustoće medija (sila uzgona djeluje na tijelo). Negativna težina ne znači njezino odsustvo. Sada malo o tome što je sjena. Sjena je optički fenomen koji se javlja u različitim uvjetima osvjetljenja. A to ne znači potpunu odsutnost svjetla. Samo je jedna površina svjetlija (više fotona se udara i reflektira na njoj), a druga je tamnija (sjena). Znamo da fotoni nemaju masu (ako bi foton imao masu, tada bi njegov odmak u gravitacijskom polju morao ovisiti o njegovoj frekvenciji, ali to ne promatramo, prema svim proračunima, dosad je akromatski),i stoga nemaju težinu, ali imaju energiju i zamah. Budući da fotoni imaju zamah, svjetlost koja pada na tijelo vrši pritisak na njega (kvantna teorija svjetlosti objašnjava svjetlosni tlak kao rezultat prijenosa momenta fotonom na atome ili molekule neke tvari), ali to se ni na koji način ne može identificirati s težinom. Sve gore navedeno je komentar na Nektoov odgovor. U stvari, sjena nema težinu, jer je to samo optička pojava, poput prelijevanja benzina (smetnje u tankim filmovima) ili vašeg odrazanja u vodi.ali to se ni na koji način ne može identificirati s težinom. Sve gore navedeno je komentar na Nektoov odgovor. U stvari, sjena nema težinu, jer je to samo optička pojava, poput prelijevanja benzina (smetnje u tankim filmovima) ili vašeg odrazanja u vodi.ali to se ni na koji način ne može identificirati s težinom. Sve gore navedeno je komentar na Nektoov odgovor. U stvari, sjena nema težinu, jer je to samo optička pojava, poput prelijevanja benzina (smetnje u tankim filmovima) ili vašeg odrazanja u vodi.
- Dokazuje li neovisnost o frekvencijama nešto? U klasičnoj je mehanici kutni odboj svjetlosti također neovisan o frekvenciji (deltaV / c) = (2 * G * M) / (R * c2). U SRT će biti (deltaV / c) = (4 * G * M) / (R * c2), tj. Dvostruko više, ali ne dodaju se / dodaju nikakve ovisnosti. Sumnjam da bilo koji parametar sustava može nestati od promjene terminologije. Odnosno, težina svjetla ne smije nigdje ići. Možda će ga trebati nekako redefinirati, ali ne bi trebalo biti da je u staroj verziji bio ne-nula, a u novoj nuli. Štoviše, postoji impuls.
KOLIKO DOSTAVA SVETLO? Koliko i njegove energije
Fotoni, čestice svjetlosti, nemaju mirovanje i postoje samo u pokretu brzinom svjetlosti. Stoga se jedan foton ne može mjeriti. Međutim, zidovi bilo koje posude emitiraju toplinsko zračenje, ispunjavajući unutarnji volumen fotonima. Kreću se nasumično u svim smjerovima, a njihova prosječna brzina je nula. Takav, kako fizičari kažu, fotonski plin ima masu koja odgovara njegovoj energiji (E = mc2), a u principu se može vagati. Na primjer, toplinsko zračenje u litarskoj posudi teži oko jednog atoma ugljika. Masa zračenja brzo raste s temperaturom, ali samo na milijardu stupnjeva bit će jednaka u gustoći s tvarom na koju smo navikli. Štoviše, to zračenje samo po sebi više neće biti obična svjetlost, već tvrde X-zrake.
To je lako saznati. Potrčimo do kuhinje, uzimamo elektroničku vagu i oko podneva je postavimo izravno okomito na sunčevu svjetlost. Pod pretpostavkom da smo čisti i da se sva svjetlost potpuno odražava sa sjajne površine ljestvice, uzimamo iz tablice ru.wikipedia.org numeričku vrijednost tlaka Sunca pri punom odrazu (9,08 mikroNewtons po kvadratnom metru) i množimo s površinom radne površine naših utega (~ 0,11 četvornih metara). Dobijamo ~ 100 nanoNewtonsa, sile pritiska sunčevog vjetra na vagu. To prenosimo u jedinice svima poznate (u kilogramima), dijeleći rezultat na ubrzanje gravitacije (9,8 m / s ^ 2). Je li to rezultat koji bismo vidjeli na našoj kuhinjskoj vagi, težinom sunčeve svjetlosti, ~ 10 nanograma?
Suprotno prilično uobičajenom mišljenju, postoji analogija mase svjetlosti i ona je prilično fizički smislena. Napravimo misaoni eksperiment. Recimo da imate komoru s zrcalnim, apsolutno reflektirajućim unutarnjim zidovima i precizno poznatom masom. A sada pustite da kroz rupu nakratko uđe snažni snop nekog lasera, nedugo zatim rupa se zatvara. Svjetlost je u komori koja putuje tamo od zida do zida.
Dakle, kad bi postojala mogućnost ultra preciznih mjerenja, otkrilo bi se da bi se masa komore sa svjetlošću zarobljenom unutra povećala. Konkretno, postat će teža. I njena će inercija rasti. I gravitacija (!). Tradicionalno se sva ta svojstva pripisuju posebno masi.
Formalni dokaz je barem ovo: neka elektroni i pozitroni budu u komori neko vrijeme; Prirodno, povećavaju ukupnu masu. Ubrzo nakon toga svi oni uništavaju - a mi imamo kameru s gama kvantom. Jasno je da se masa komore nije promijenila!
Koliko svemir teži?
Koliko svemir teži, možete pokušati izračunati određivanjem mase kvazara. Proučavajući susjedne galaksije, istraživači su utvrdili da postoji povezanost između mase crne rupe i galaksije. Obično je masa crne rupe mali postotak mase zvjezdanog sustava, a kreće se od oko 0,14 do 0,5 posto. Ako je ovaj odnos istinit u ranom Svemiru, masa Galaksije trebala bi biti jednaka zapanjujućim trilijumima solarnih masa u zvijezdama. A da i ne spominjemo njegovu tamnu sastavnu tvar, koja je daleko najmasovniji dio svakog zvjezdanog sustava. Još nije moguće utvrditi masu ostalih Galaksija ukoliko postoje u modernom Svemiru. Ali ako galaksije postoje u predviđenom rasponu masa, to će se prvi put otkriti u ovoj eri.
Proučavanje masivnosti galaksije pružit će informacije o tome kako raste u svemiru. Njen rast iznosi oko 2000 km dnevno. Potpuno je neprobavljiv podatak da je masa Galaksije negdje u pedesetoj snazi tona. Svjetlost udaljenih kvazara i težina svemira.
Zašto postoji povezanost između mase crne rupe i galaksije? Kakva je veza između akumulacije crne rupe i stvaranja zvijezda? Istraživači su izračunali da sjaj kvazara maksimalnom brzinom ovisi o Eddingtonovoj granici. Granica Eddingtona postoji jer što brže crna rupa apsorbira tijelo, to je više trenja, a samim tim se stvara više svjetlosti u akumulacijskom disku. Kako se stopa potrošnje crne rupe povećava, količina emitirane energije zračenja raste, što zauzvrat usporava potrošnju. Došlo je ograničenje Eddingtona.
Granica Eddingtona je kritična maksimalna vrijednost snage zračenja i svjetline. Dokazao je engleski astrofizičar Arthur Eddington kao uvjet za ravnotežu potiska, tlaka i zračenja. Dodatno svjetlo emitira se prema van, vrši pritisak na padajući materijal, usporavajući ga. Koliko god izgledalo kontratuktivno, svjetlost zapravo vrši pritisak na objekte dovoljno svjetla i izjednačava se s značajnom snagom.
Znanstvenici formiraju neke uvjerljive modele o takvim pitanjima u vezi s ulogom crnih rupa, ali oko toga nema konsenzusa. Ako je kvazar jedinstveni laboratorij za proučavanje, tada se crna kvasa kvazi i galaksija - razvijaju zajedno.
Svjetlost iz kvazara se također može koristiti za učenje o svemiru na druge načine. Svjetlina će omogućiti istraživačima ispitivanje intergalaktičkog okruženja kao nikad do sad. Intergalaktičko okruženje je raspodjela plina i prašine između galaksija koje sadrže vodik, helij i različite metale (u astrofizičkim uvjetima svi gore navedeni elementi helija poznati su kao "metali"). Svjetlost iz kvazara mora putovati dovoljno dugo prije nego što dosegne Zemlju. Kad svjetlost putuje kroz plin, neke valne duljine svjetlosti prodiru kroz plin bolje od drugih, a neki elementi blokiraju određene valne duljine. Na primjer, proučavanjem spektra iz nekog predmeta i vidjenjem kako neke valne duljine nedostaju iz spektra, istraživači mogu saznati o sadržaju plina. Međutim, proces postaje teži, pogotovo na tako velikim udaljenostima. S svjetlom zatamnjenja (promjena snage) teže je razlikovati te praznine ili linije u spektru.
Svjetlina kvazara omogućit će jasnije mjerenje intergalaktičkog okruženja. Odredivši svjetlinu kvazara, može se odgovoriti na pitanje: "Koliko svemir teži?" A također, budući da su metali u intergalaktičkom mediju nastali spajanjem jezgara zvijezda, mjerenja tih elemenata mogu pomoći istraživačima da nauče o procesima formiranja zvijezda u Svemiru.