Vprašanje teže sence se na prvi pogled zdi neumno. Tudi če ima senca kakršno koli težo, mora biti tako majhna, da se lahko meri le s tehniko mikro delcev. Obstaja tudi drugo vprašanje, ali ima svetloba težo, saj bi morala na tak ali drugačen način vsakemu predmetu dati določeno težo?
Obe vprašanji se mi zdita čudni, vendar dovolj zanimivi, zato sem se odločil, da ju bom razbral.
Naj se najprej spomnimo Petra Pana, pravijo, da je imel živo senco, vendar je bil tako nepomemben, da se je zdelo, da tehta ne več kot cigaretni dim. Peter Pan je bil seveda izmišljen lik, čeprav na kvantni ravni to morda ni pomembno, njegov ustvarjalec J. M. Barry, ni imel dovolj znanstvenega znanja.
Z uporabo enega izmed referenčnih okvirov lahko sklepamo, da naše sence dejansko tehtajo manj kot nič. Pred štiridesetimi leti je astronom Johannes Kepler opazil, da so repi kometa vedno obrnjeni stran od sonca, in ugotovil, da sončni žarki izvajajo pritisk, ki odnaša delce. Fizik James Clerk Maxwell je v poznem 19. stoletju sestavil enačbo za izračun tlaka svetlobe, ki je bila eksperimentalno potrjena leta 1903.
Upam, da razumete, na kaj se dogovarjam. Če stojite in sončni žarki padajo na vas, ustvarite cono zmanjšanega tlaka, prekrito s senco. V primerjavi s preostalo pokrajino vaša senca (ali natančneje, območje, ki ga pokriva) tehta manj.
Koliko manj? Ni veliko. Tlak sončnih žarkov je neverjetno majhen: manj kot milijardo Pa na zemeljski površini. Z drugimi besedami, za funt svetlobne jakosti v senci bi bilo potrebnih več milijonov človeških senc. Svetloba v mestu Chicago ima skupno moč približno 1334N.
Vendar zelo majhna ne pomeni nepomembnega. Da bi se japonska vesoljska sonda Hayabusa leta 2005 približala asteroidu Itokawa, lebdela zraven nje in tudi ne bi ga eksplodirala ali trčila, je bil upoštevan svetlobni tlak, ki je enak 1 odstotku potiska sonde motorja. To je bilo storjeno z neverjetno natančnostjo, zato je sonda lahko leta 2010 pristala na asteroidu, zbrala vzorce prahu in se vrnila na Zemljo.
Promocijski video:
Drug enako zanimiv predmet je japonska sončna jadrnica IKAROS, ki je sanje piscev znanstvene fantastike že vsaj 50 let končno začela leta 2017. Ideja je bila, da sončno jadro za premikanje uporablja pritisk svetlobe, sončni veter (šibek tok nabitih delcev, ki izhaja iz sončne korone) in koristno obremenitev. Junija je IKAROS uspešno dvignil svoje jadro, 7,5 mikronski kvadrat ultra tankega filma, opremljen s sončno ploščo, ki služi kot vir energije. Japonska vesoljska agencija je julija sporočila, da IKAROS poganja naprej sončni tlak 1,12 mN, kar načeloma ni tako veliko. Toda to moč ustvarjajo sončni žarki in je brezplačna! Znanstveniki so to storili na razdalji več kot štiri milijone kilometrov! Zasluži si spoštovanje.
Leta 2010 so raziskovalci z avstralske nacionalne univerze pokazali, da lahko svetlobo uporabimo za dvigovanje drobnih delcev in premikanje le-teh 12 centimetrov. Ugotovili so, da bodo končno lahko isto storili tudi pri 33 metrih, kar se tudi ne zdi tako super. Če pa je majhen delček smrtonosen virus, živa celica ali molekula plina, ki se ga ni mogoče premakniti drugače … veste, kaj mislim.
Je vprašanje o teži sence neumno? Na splošno da. Vendar pa v iskanju odgovora na to neumno vprašanje naredimo majhen, a zelo pomemben korak in poskušamo razumeti, kaj je relativno lahka teža? Prej so nam to vprašanje zastavili Kepler, Maxwell, zdaj pa smo.
Spominjam se izkušenj iz šolskih poukov fizike. Snop svetlobe je bil usmerjen v rotor, katerega cvetni listi so bili izmenično pobarvani belo in črno. Pod vplivom svetlobe se je turbina začela vrteti, kar je jasno dokazalo, da ima svetloba impulz. To pomeni, da svetlobni tok niso samo valovi, ampak tudi delci-corpuscles (ima dvojno ali dvojno naravo). Kar zadeva težo sence, ima ta vrednost negativno vrednost, ker najmanjši pritisk žarkov svetlobe prevzame telo, ki pregleduje senco.
Obstaja celotna razprava o senci na vprašanju:
- Teža (v fiziki) je sila, s katero telo pritiska na oporo. Običajno ga zamenjamo z maso, saj je v Zemljinem gravitacijskem polju teža sorazmerna z maso, koeficient sorazmernosti (pospešek prostega padca) pa je praktično nespremenjen. Tudi v vrtljivem neercialnem sistemu (na primer v vrtljivi vesoljski postaji) bo centrifugalna sila (in z njo teža predmetov) sorazmerna z njihovo maso, koeficient sorazmernosti pa bo drugačen. Zdaj o senci. Seveda to ni predmet. In nima mase. Vendar pa je senca v nekem smislu teža. Samo on je negativen! Konec koncev je senca odsotnost svetlobe zaradi ovire, ki je stala na njeni poti. Svetloba je tok fotonov z maso in hitrostjo, z njimi pa zagon. Če bi fotoni leteli, bi svoje impulze prenašali na osvetljeno "oporo" in izvajali stalen pritisk. In pritiskpomnoženo območje je moč. Lahko rečemo teža svetlobe. No, senca je odsotnost tako svetlobe kot njene "teže". Se pravi, da ima senca v primerjavi z osvetlitvijo "negativno" težo, približno tako kot "luknja" (pomanjkanje negativno nabitih elektronov v polprevodniku) "ima" pozitiven naboj.
- Kaj je nesmiselno? Fotoni nimajo mase, imajo zagon, in če vas usmerja formula E = mc ^ 2, bo energija za foton enaka E = pc, ker fotoni nimajo in ne morejo imeti mase počitka. Zdaj o negativni masi. Hipotetično negativno maso imajo delci eksotične snovi. In to se kaže v dejstvu (ne pozabite, da je masa vztrajnostna mera), da če ta delček "potisnete", bo letel v drugo smer. To vprašanje nima nobene zveze. Če sledite svoji ulični logiki, potem vse, kar se zdi, lahko imenujemo negativno, vendar obstaja nekaj ovire za to. Prav tako so jih zabavale takšne surove predpostavke, kot so: zagon je masa, masa pa sila, sila pa pritisk in pritisk teža. S tem pristopom lahko dokažete karkoli. Za to obstaja celo ime (ne spomnim se),kadar se za osnovo vzame lažna sodba (resnica) in iz nje izhaja izjava, ki je potrebna. Lahko bi bil dober teoretik zarote.
- Ni impulza brez mase. Tudi energija brez mase ne obstaja. O maši ni bilo niti besede. Teža ni masa. To je bilo rečeno od samega začetka. "Teža" sence je v določenem smislu negativna. Senca "mase" ni bilo. Prikazovanje odsotnosti nečesa kot prisotnosti nečesa neposredno nasprotnega je priročna, dolgoletna in široko uporabljana tradicija v fiziki. Naključno ne mislim na "luknje" (pomanjkanje elektronov) v polprevodnikih. Prikladno jih je šteti (in veljajo za!) Kot "nosilce naboja" s subformnostjo elektronov, vendar nasprotnim znakom naboja. Ker te nisem naučil osnov fizike.
- Težko je zanemariti vprašanje, ki ima v bistvu napačen odgovor. Teža je vektorska fizična količina, ki označuje silo delovanja telesa na opori. P = m * g. Vidimo, da je teža lahko negativna, na primer, če je gostota telesa manjša od gostote medija (sila plovnosti deluje na telo). Negativna teža ne pomeni njegove odsotnosti. Zdaj pa malo o tem, kaj je senca. Senca je optični pojav, ki se pojavlja v različnih svetlobnih pogojih. In to ne pomeni popolne odsotnosti svetlobe. Samo, da je ena površina svetlejša (več fotonov zadene in se odraža na njej), druga pa je zatemnjena (senca). Vemo, da fotoni nimajo mase (če bi foton imel maso, bi moral biti njegov odklon v gravitacijskem polju odvisen od njegove frekvence, vendar tega ne opazimo, po vseh izračunih je doslej ahromatičen),in zato nimajo teže, imajo pa energijo in zagon. Ker imajo fotoni zagon, svetloba, ki pade na telo, pritiska nanj (kvantna teorija svetlobe razlaga svetlobni tlak kot posledica prenosa fotona na atome ali molekule snovi), vendar ga nikakor ne moremo identificirati s težo. Vse zgoraj je komentar na Nektov odgovor. Pravzaprav senca nima teže, saj gre le za optični pojav, kot je prelivanje bencina (vmešavanje v tanke filme) ali vaš odsev v vodi.vendar ga nikakor ne moremo identificirati s težo Vse zgoraj je komentar na Nektov odgovor. Pravzaprav senca nima teže, saj gre le za optični pojav, kot je prelivanje bencina (vmešavanje v tanke filme) ali vaš odsev v vodi.vendar ga nikakor ne moremo identificirati s težo Vse zgoraj je komentar na Nektov odgovor. Pravzaprav senca nima teže, saj gre le za optični pojav, kot je prelivanje bencina (vmešavanje v tanke filme) ali vaš odsev v vodi.
- Ali neodvisnost frekvenc kaj dokazuje? V klasični mehaniki je kotni odboj svetlobe tudi neodvisen od frekvence (deltaV / c) = (2 * G * M) / (R * c2). V SRT bo (deltaV / c) = (4 * G * M) / (R * c2), torej dvakrat več, vendar ni nobenih / dodanih odvisnosti. Dvomim, da lahko kateri koli parameter sistema izgine iz spremembe terminologije. Se pravi, da teža svetlobe ne sme nikamor segati. Morda ga bo treba nekako na novo definirati, vendar v stari različici ne bi smelo biti nič, v novi različici pa nič. Še več, obstaja impulz.
KOLIKO DELA SVETLOBNA TEŽKA? Toliko, koliko njegove energije
Fotoni, delci svetlobe, nimajo počitka in obstajajo le v gibanju s svetlobno hitrostjo. Zato enega fotona ni mogoče tehtati. Vendar stene katere koli posode oddajajo toplotno sevanje in napolnijo notranji volumen s fotoni. Premikajo se naključno v vse smeri, njihova povprečna hitrost pa je nič. Takšen, kot pravijo fiziki, ima fotonski plin maso, ki ustreza njegovi energiji (E = mc2), in ga je načeloma mogoče tehtati. Na primer, toplotno sevanje znotraj litrske posode tehta približno en atom ogljika. Masa sevanja hitro narašča s temperaturo, toda le pri milijardi stopinj bo gostota enaka snovi, ki smo je navajeni. Še več, to sevanje samo po sebi ne bo več navadna svetloba, ampak trd X-žarki.
To je enostavno ugotoviti. Tečemo do kuhinje, vzamemo elektronsko tehtnico in jo okoli poldneva nastavimo neposredno pravokotno na sončno svetlobo. Če predpostavimo, da smo čisti in se vsa svetloba popolnoma odraža s sijoče površine lestvic, vzamemo iz tabele ru.wikipedia.org številčno vrednost tlaka Sonca pri polnem odsevu (9,08 mikroNewtons na kvadratni meter) in pomnožimo s površino delovne površine naših uteži (~ 0,11 kvadratnega metra). Dobimo ~ 100 nanoNewtons, sila pritiska sončnega vetra na tehtnici. To prevedemo v enote, ki so vsem znane (kilogrami), rezultat pa delimo s pospeškom gravitacije (9,8 m / s ^ 2). Je to rezultat, ki bi ga videli na naši kuhinjski tehtnici, ki tehta sončno svetlobo, ~ 10 nanogramov?
V nasprotju s precej običajnim mnenjem obstaja analog svetlobne mase in je precej fizično smiseln. Naredimo miselni eksperiment. Recimo, da imate komoro z zrcaljenimi, popolnoma odsevnimi notranjimi stenami in natančno znano maso. In zdaj pustite, da močni žarek nekega laserja za kratek čas vstopi skozi luknjo, kmalu zatem se luknja zapre. V komori je svetloba, ki potuje tja od stene do stene.
Če bi obstajala možnost ultra natančnih meritev, bi ugotovili, da bi se masa komore s svetlobo, ujeto v notranjosti, povečala. Predvsem bo postalo težje. In njena inercija bo rasla. In gravitacija (!). Tradicionalno se vse te lastnosti pripisujejo posebej masi.
Formalni dokaz je vsaj to: pustimo, da so elektroni in pozitroni nekaj časa v komori; Seveda povečajo skupno maso. Kmalu zatem se vsi izničijo - in imamo kamero z gama kvantom. Jasno je, da se masa komore ni spremenila!
Koliko tehta vesolje?
Koliko tehta vesolje, lahko poskusite izračunati tako, da določite maso kvazarjev. Raziskovalci so s preučevanjem sosednjih galaksij ugotovili, da obstaja povezava med maso črne luknje in galaksijo. Običajno je masa črne luknje majhen odstotek mase zvezdnega sistema, ki se giblje od približno 0,14 do 0,5 odstotka. Če to razmerje drži v zgodnjem vesolju, bi morala biti masa galaksije enakovredna vrtoglavim trilijonom sončnih mas v zvezdah. Da ne omenjam njegove temne sestavine, ki je daleč najbolj množičen del vsakega zvezdnega sistema. Ni mogoče določiti mase drugih Galaksij, če obstajajo v sodobnem Vesolju. Če pa galaksije resnično obstajajo v predvidenem masnem območju, jih bomo prvič zaznali v tej dobi.
Preučevanje množičnosti galaksije bo zagotovilo informacije o tem, kako raste v vesolju. Njegova rast je približno 2000 km na dan. Obstaja povsem nedokaziv podatek, da je masa Galaksije nekje v petdeseti toni moči. Svetilnost daljnih kvazarjev in teža vesolja.
Zakaj obstaja povezava med maso črne luknje in galaksijo? Kakšen je odnos med akrezijo črne luknje in tvorbo zvezd? Raziskovalci so izračunali, da je svetilnost kvazarjev največja hitrost odvisna od meje Eddingtona. Omejitev Eddingtona obstaja, ker hitreje kot črna luknja absorbira telo, več je trenja in zato nastane več svetlobe v akumulacijskem disku. Ko se stopnja porabe črne luknje povečuje, se količina izpuščene energije sevanja povečuje, kar posledično upočasni porabo. Omejitev Eddingtona je dosežena.
Meja Eddingtona je kritična največja vrednost moči sevanja in svetilnosti. Angleški astrofizik Arthur Eddington je dokazal kot pogoj za ravnotežje potiska, tlaka in sevanja. Dodatna svetloba se oddaja navzven, kar pritiska na padajoči material in ga upočasni. Kot kontintuitivno se zdi, da svetloba dejansko pritiska na predmete v zadostni količini svetlobe in se izenači z veliko močjo.
Znanstveniki oblikujejo nekaj prepričljivih modelov o takšnih vprašanjih glede vloge črnih lukenj, vendar glede tega ni soglasja. Če je kvazar edinstven laboratorij za raziskavo, potem se kvazarska črna luknja in galaksija - razvijata skupaj.
Svetloba iz kvazarja se lahko uporablja tudi za spoznavanje vesolja na druge načine. Svetlost bo raziskovalcem omogočila, da medgalaktično okolje preizkušajo kot še nikoli prej. Medgalaktični medij je porazdelitev plina in prahu med galaksijami, ki vsebujejo vodik, helij, in različne kovine (v astrofizičnih razmerah so vsi zgoraj navedeni elementi helija znani kot "kovine"). Svetloba iz kvazarja mora potovati dovolj dolgo, preden doseže Zemljo. Ko svetloba potuje skozi plin, nekatere valovne dolžine svetlobe prodrejo v plin bolje kot druge, nekateri elementi pa blokirajo določene valovne dolžine. Na primer, če preučite spekter iz predmeta in ugotovite, da iz spektra manjka nekaj valovnih dolžin, lahko raziskovalci spoznajo vsebnost plina. Vendar postopek postane težji, zlasti na tako velikih razdaljah. Z zatemnjeno (spremembo moči) svetlobe je težje razlikovati med temi vrzeli ali črtami v spektru.
Svetlost kvazarja bo zagotovila jasnejše merjenje medgalaktičnega okolja. Ko določimo svetlost kvazarja, lahko odgovorimo na vprašanje: "Koliko tehta vesolje?" In ker so kovine v medgalaktičnem mediju nastale s spajanjem zvezdnih jeder, lahko meritve teh elementov pomagajo raziskovalcem spoznati procese nastanka zvezd v vesolju.