Vid första anblicken verkar frågan om skuggans vikt dum. Även om skuggan har någon vikt, måste den vara så liten att den bara kan mätas med mikropartikeltekniken. Det finns också en annan fråga, har ljus vikt, eftersom det på ett eller annat sätt borde ge en viss vikt till något objekt?
Båda dessa frågor verkar konstiga, men intressanta nog, så jag bestämde mig för att ta reda på dem.
Låt oss komma ihåg Peter Pan först, de säger att han hade en levande skugga, men det var så obetydligt att det tycktes väga mer än cigarettrök. Peter Pan var naturligtvis en fiktiv karaktär, även om det på kvantnivå kanske inte spelar någon roll, och dess skapare, J. M. Barry, hade inte tillräckligt med vetenskaplig kunskap.
Med en av referensramarna kan vi faktiskt dra slutsatsen att våra skuggor faktiskt väger mindre än ingenting. För fyra hundra år sedan märkte astronomen Johannes Kepler att komet-svansar alltid vänder bort från solen och drog slutsatsen att solens strålar utövar tryck som bär bort partiklar. I slutet av 1800-talet formulerade fysikern James Clerk Maxwell en ekvation för att beräkna ljustrycket, vilket experimentellt bekräftades 1903.
Jag hoppas att du förstår vad jag får till. Om du står och solstrålarna faller på dig skapar du en zon med reducerat tryck täckt med skugga. Jämfört med resten av landskapet väger din skugga (eller mer exakt det område som den täcker) mindre.
Hur mycket mindre? Inte mycket. Trycket från solens strålar är oerhört litet: mindre än en miljardste Pa på jordens yta. Med andra ord skulle det ta flera miljoner mänskliga skuggor för att ta hänsyn till ett kilo ljusstyrka i skuggan. Lätt slående staden Chicago har en total styrka på cirka 1334N.
Men mycket liten betyder inte obetydligt. För att den japanska rymdsonden Hayabusa ska närma sig asteroiden Itokawa 2005, sväva bredvid den och inte heller detonera den eller kollidera med den, beaktades ljustrycket lika med 1 procent av sondens motorns drivkraft. Detta gjordes med otrolig precision, så sonden lyckades landa på asteroiden, samla dammprover och återvända till jorden i juni 2010.
Kampanjvideo:
Ett annat lika intressant objekt är den japanska solseglaren IKAROS, en dröm om science fiction-författare i minst 50 år, som slutligen lanserades 2017. Tanken var att solseglet använde ljustrycket, solvinden (en svag ström av laddade partiklar som härstammar från solkorona) och nyttolast för att flytta den. I juni lyftte IKAROS framgångsrikt sitt segel, en 7,5 mikron kvadrat av ultratunna film, utrustad med en solpanel som fungerar som kraftkälla. I juli rapporterade den japanska rymdbyrån att IKAROS drivs framåt med soltryck på 1,12 mN, vilket i princip inte är så mycket. Men denna kraft genereras av solens strålar, och den är gratis! Forskare har gjort detta på mer än fyra miljoner kilometer! Det förtjänar respekt.
2010 visade forskare vid Australian National University att ljus kan användas för att lyfta små partiklar och flytta dem 30 cm från varandra. De tänkte att de så småningom skulle kunna göra samma sak på 10 meter, vilket inte heller verkar så bra. Men om den lilla partikeln är ett dödligt virus, levande cell eller gasmolekyl som inte kan flyttas på något annat sätt … vet du vad jag menar.
Så är frågan om skuggans vikt dum? I allmänhet, ja. Men på jakt efter ett svar på denna dumma fråga tar vi ett litet men väldigt viktigt steg och försöker förstå vad som är relativt lätt? Tidigare ställdes denna fråga av Kepler, Maxwell, och nu är vi det.
Jag minns erfarenheten från skolfysiklektioner. Ljusstrålen riktades mot pumphjulet, vars kronblad var målade växelvis vitt och svart. Under påverkan av ljus började turbinen rotera, vilket tydligt visade att ljus har en impuls. Detta innebär att det lysande flödet inte bara är vågor utan också partiklar-kroppar (har en dubbel eller dubbel karaktär). När det gäller skuggans vikt har detta värde ett negativt värde eftersom det minsta trycket på ljusstrålarna tas vidare av kroppen som screenar skuggan.
Det finns en hel diskussion om skuggan på frågan:
- Vikt (i fysik) är den kraft som kroppen pressar på stödet. Det förväxlas vanligtvis med massa, eftersom vikten i jordens gravitationsfält är proportionell mot massan och proportionalitetskoefficienten (fritt fall acceleration) är praktiskt taget oförändrad. I ett roterande icke-tröghetssystem (till exempel i en roterande rymdstation) kommer centrifugalkraften (och med den vikten av föremål) att vara proportionell mot deras massa, men proportionalitetskoefficienten kommer att vara annorlunda. Nu om skuggan. Naturligtvis är det inte ett objekt. Och hon har ingen massa. Men på ett sätt har skuggan vikt. Bara han är negativ! När allt kommer omkring är en skugga frånvaron av ljus på grund av ett hinder som stod i dess väg. Ljus är en ström av fotoner med massa och hastighet och med dem fart. Om fotonerna flög, skulle de överföra sina impulser till det upplysta "stödet" och utöva kontinuerligt tryck. Och trycketområde multiplicerat är styrka. Vi kan säga ljusets vikt. Tja, skuggan är frånvaron av både ljus och dess "vikt". Det vill säga jämfört med belysning verkar skuggan ha en "negativ" vikt, ungefär som ett "hål" (brist på en negativt laddad elektron i en halvledare) "har" en positiv laddning.
- Vad är absurt? Fotoner har inte massor, de har fart, och om du styrs av formeln E = mc ^ 2, kommer energin för en foton att vara lika med E = pc, eftersom fotoner inte och inte kan ha vilovärde. Nu om den negativa massan. Den negativa massan är hypotetiskt besatt av partiklar av exotiskt material. Och detta manifesteras i det faktum (glöm inte att massan är ett mått på tröghet) att om du "skjuter" på denna partikel kommer den att flyga i den andra riktningen. Det har inget att göra med den här frågan. Om du följer din gatulogik kan allt som verkar vara kallas negativt, men det finns något hinder för detta. De blev också roade av sådana råa antaganden som: momentum är massa, och massa är kraft, och kraft är tryck, och tryck är vikt. Med detta tillvägagångssätt kan du bevisa vad som helst. Det finns till och med ett namn på det (jag kommer inte ihåg),när en falsk bedömning tas som grund (sanningen) och det uttalande som behövs härleds från det. Du kan vara en bra konspirationsteoretiker.
- Det finns ingen impuls utan massa. Energi utan massa finns inte heller. Inte ett ord sades om massan. Vikt är inte massa. Detta har sagts från början. Skuggans "vikt" är negativ (på en sätt). Det fanns ingen skugga av en "massa". Att representera frånvaron av något som närvaro av något direkt motsatt är en bekväm, långvarig och allmänt använd tradition i fysiken. Jag hänvisar inte av misstag till "hål" (brist på elektroner) i halvledare. Det är bekvämt att betrakta dem (och betraktas!) Som "laddningsbärare" med underformen hos elektroner, men motsatt tecken på laddningen. Eftersom jag inte arbetade för att lära dig grunderna i fysik.
- Det är svårt att ignorera en fråga som har ett fundamentalt fel svar som hänger i toppen. Vikt är en fysisk mängd i vektorn som kännetecknar en kropps handlingskraft på ett stöd. P = m * g. Man ser att vikten kan vara negativ, till exempel om kroppens densitet är mindre än mediets densitet (flytkraften verkar på kroppen). Negativ vikt betyder inte dess frånvaro. Nu lite om vad en skugga är. Shadow är ett optiskt fenomen som uppstår under olika ljusförhållanden. Och detta betyder inte en fullständig frånvaro av ljus. Det är bara att den ena ytan är ljusare (fler fotoner träffar och reflekterar över den), och den andra är ljusare (skugga). Vi vet att fotoner inte har massa (om en foton hade massa, så skulle dess avböjning i gravitationsfältet behöva bero på dess frekvens, men vi observerar inte detta, enligt alla beräkningar är det achromatic hittills),och har därför ingen vikt, men de har energi och fart. Eftersom fotoner har fart, utövar ljus som faller på en kropp tryck på det (kvantteorin om ljus förklarar ljustryck som ett resultat av överföring av momentum med fotoner till atomer eller molekyler av ett ämne), men det kan inte identifieras med vikt på något sätt. Allt ovanstående är en kommentar till Nektos svar. I själva verket har skuggan ingen vikt, eftersom det bara är ett optiskt fenomen, som överflödet av bensin (störning i tunna filmer) eller din reflektion i vatten.men det kan inte identifieras med vikt på något sätt. Allt ovanstående är en kommentar till Nektos svar. I själva verket har skuggan ingen vikt, eftersom det bara är ett optiskt fenomen, som överflödet av bensin (störning i tunna filmer) eller din reflektion i vatten.men det kan inte identifieras med vikt på något sätt. Allt ovanstående är en kommentar till Nektos svar. I själva verket har skuggan ingen vikt, eftersom det bara är ett optiskt fenomen, till exempel överflödet av bensin (störning i tunna filmer) eller din reflektion i vatten.
- Visar frekvensoberoende något? I klassisk mekanik är ljusets vinkelavböjning oberoende av frekvensen (deltaV / c) = (2 * G * M) / (R * c2). I SRT finns det (deltaV / c) = (4 * G * M) / (R * c2), det vill säga dubbelt så många, men inga beroenden läggs till / läggs till. Jag tvivlar på att alla parametrar i systemet kan försvinna från terminologiförändringar. Det vill säga att ljusets vikt inte ska gå någonstans. Det kan behöva omdefinieras på något sätt, men det borde inte vara att det i den gamla versionen var icke-noll, och i den nya var det noll. Dessutom finns det en impuls.
HUR MYCKET GÖR LJUSVIKTEN? Lika mycket som hans energi
Fotoner, partiklar av ljus, har ingen vilmassa och existerar endast i rörelse med ljusets hastighet. Därför kan en foton inte vägas. Väggarna på ett fartyg avger emellertid termisk strålning och fyller den inre volymen med fotoner. De rör sig slumpmässigt i alla riktningar, och deras genomsnittliga hastighet är noll. Såsom fysiker säger, en fotongas har en massa som motsvarar dess energi (E = mc2), och i princip kan den vägas. Till exempel väger värmestrålning i en literbehållare cirka en kolatom. Strålningsmassan växer snabbt med temperaturen, men bara med en miljard grader kommer den att vara lika i densitet som det ämne vi är vana vid. Dessutom kommer själva strålningen inte längre att vara vanligt ljus utan hårda röntgenstrålar.
Det är lätt att ta reda på det. Vi springer till köket, tar elektronisk skala och ställer den ungefär klockan direkt vinkelrätt mot solljuset. Förutsatt att vi är rena och allt ljus reflekteras helt från den glänsande ytan på vågen, tar vi från ru.wikipedia.org-tabellen det numeriska värdet för solens tryck vid full reflektion (9,08 mikroNyton per kvadratmeter) och multiplicerar med ytan på arbetsytan för våra vikter (~ 0,11 kvadratmeter)). Vi får ~ 100 nanoNewton, solkraftens tryck på vågen. Vi översätter detta till de enheter som är kända för alla (kilogram) och delar resultatet med tyngdkraften (9,8 m / s ^ 2). Är detta resultatet som vi skulle se på vår kökskala, med vägning av solljus, ~ 10 nanogram?
Till skillnad från den ganska vanliga åsikten finns det en analog av ljusmassan, och den är ganska fysiskt meningsfull. Låt oss göra ett tankeexperiment. Låt oss säga att du har en kammare med speglade, absolut reflekterande innerväggar och en exakt känd massa. Och låt nu en kraftfull stråle av lite laser tränga in den i en kort tid genom hålet, varefter hålet stängs. Ljus är i kammaren och reser dit från vägg till vägg.
Så om det fanns möjlighet till ultraexakta mätningar skulle det upptäckas att kammarens massa med ljuset som fångats inuti skulle ha ökat. I synnerhet blir det tyngre. Och hennes tröghet kommer att växa. Och gravitation (!). Traditionellt hänförs alla dessa egenskaper specifikt till massan.
Det formella beviset är åtminstone detta: låt elektronerna och positronerna vara i kammaren under en tid; Naturligtvis ökar de den totala massan. Strax därefter förintas de alla - och vi har en kamera med gamma quanta. Det är tydligt att kammarens massa inte har förändrats!
Hur mycket väger universum?
Hur mycket universum väger kan du försöka beräkna genom att bestämma kvasars massa. Genom att studera angränsande galaxer har forskarna fastställt att det finns en korrelation mellan massan av det svarta hålet och galaxen. Normalt är massan för ett svart hål en liten procentandel av massan i ett stjärnsystem, som sträcker sig från cirka 0,14 till 0,5 procent. Om detta förhållande är sant i det tidiga universum, bör galaxens massa motsvara de svindlande biljoner solmassorna i stjärnor. För att inte tala om dess mörka beståndsdelar, som är den överlägset mest massiva delen av varje stjärnsystem. Det är ännu inte möjligt att bestämma massan av andra galaxer om de finns i det moderna universum. Men om galaxer existerar inom det förutsagda massområdet, kommer det att upptäckas först i denna tid.
Att studera galaxens massivitet kommer att ge information om hur den växer i universum. Tillväxten är cirka 2000 km per dag. Det finns en helt obevisande siffra att galaxens massa är någonstans i tonens femtionde kraft. Ljusheten hos avlägsna kvasarer och universumets vikt.
Varför finns det en korrelation mellan massan av ett svart hål och en galax? Vilket är förhållandet mellan ackretion av svart hål och stjärnbildning? Forskarna beräknade att kvasars ljusstyrka beror på maximal hastighet på Eddington-gränsen. Eddington-gränsen existerar eftersom ju snabbare det svarta hålet absorberar kroppen, desto mer friktion, och därför produceras mer ljus i tillskottet. När förbrukningshastigheten för ett svart hål ökar ökar mängden strålenergi som släpps ut, vilket i sin tur saktar ned konsumtionshastigheten. Eddington-gränsen nås.
Eddington-gränsen är det kritiska maximivärdet för strålningskraften och ljusstyrkan. Bevisad av den engelska astrofysikern Arthur Eddington som ett villkor för jämvikt mellan tryck, tryck och strålning. Ytterligare ljus släpps utåt, sätter tryck på det fallande materialet, bromsar ner det. Så lika motintuitivt som det kan verka utövar ljus faktiskt tryck på föremål i tillräckligt ljus och motsvarar betydande kraft.
Forskare bildar några övertygande modeller på sådana frågor om svarthålens roll, men det finns ingen konsensus om denna fråga. Om kvasaren är ett unikt laboratorium för studien, utvecklas det svarta hålet och galaxen tillsammans.
Ljus från en kvasar kan också användas för att lära sig om universum på andra sätt. Ljusstyrkan gör det möjligt för forskare att undersöka den intergalaktiska miljön som aldrig tidigare. Det intergalaktiska mediet är fördelningen av gas och damm mellan galaxer som innehåller väte, helium och olika metaller (under astrofysiska förhållanden är alla ovannämnda heliumelement kända som "metaller"). Ljus från en kvasar måste resa tillräckligt länge innan det når jorden. När ljus färdas genom gas tränger vissa våglängder i gasen bättre än andra, och vissa element blockerar vissa våglängder. Genom att studera spektrumet från ett objekt och se att vissa våglängder saknas i spektrumet kan forskare lära sig om gasinnehållet. Processen blir emellertid svårare, särskilt på så långa avstånd. Med en ljusare ljusdimmer (förändring i kraft) är det svårare att skilja mellan dessa luckor eller linjer i spektrumet.
Kvasars ljusstyrka ger en tydligare mätning av den intergalaktiska miljön. Efter att ha bestämt kvasarens ljusstyrka kan man svara på frågan: "Hur mycket väger universum?" Och även eftersom metaller i det intergalaktiska mediet producerades genom att slå samman kärnorna i stjärnorna, kan mätning av dessa element hjälpa forskare att lära sig om processerna för stjärnbildning i universum.
