Na prvý pohľad vyzerá otázka hmotnosti tieňa hlúpo. Aj keď má tieň nejakú váhu, musí byť tak malý, že ju možno merať iba pomocou mikročasticovej techniky. Existuje aj ďalšia otázka: má svetlo váhu, pretože by nejakým spôsobom mala nejakému predmetu dať určitú váhu?
Obe tieto otázky sa zdajú čudné, ale dosť zaujímavé, a preto som sa ich rozhodol prísť.
Najprv si spomeňte na Petra Pana, ktorý hovorí, že mal živý tieň, ale bolo také nevýznamné, že sa zdalo, že váži iba cigaretový dym. Peter Pan bol, samozrejme, fiktívna postava, aj keď na kvantovej úrovni na tom nezáleží, a jej tvorca J. M. Barry nemal dostatok vedeckých poznatkov.
Naozaj, pomocou jedného z referenčných rámcov, môžeme dospieť k záveru, že naše tiene vážia menej ako nič. Pred štyrmi sto rokmi si astronóm Johannes Kepler všimol, že chvosty komét sú vždy odvrátené od Slnka a dospeli k záveru, že slnečné lúče vyvíjajú tlak, ktorý nesie častice. Koncom 19. storočia fyzik James Clerk Maxwell sformuloval rovnicu na výpočet tlaku svetla, ktorá bola experimentálne potvrdená v roku 1903.
Dúfam, že rozumiete tomu, na čo prichádzam. Ak stojíte a lúče slnka dopadajú na vás, vytvoríte zónu so zníženým tlakom pokrytú tieňom. V porovnaní so zvyškom krajiny váži tieň (alebo presnejšie oblasť, ktorú pokrýva).
O koľko menej? Nie veľa. Tlak slnečných lúčov je neuveriteľne malý: na povrchu Zeme menej ako miliardtina Pa. Inými slovami, zodpovedanie jednej libry svetelnej intenzity v tieni by vyžadovalo niekoľko miliónov ľudských tieňov. Svetlo nápadné mesto Chicago má celkovú silu asi 1334 N.
Veľmi malý však neznamená nedôležité. Aby sa japonská vesmírna sonda Hayabusa v roku 2005 priblížila k asteroidu Itokawa, vznášala sa vedľa nej a tiež ju nevybuchla, ani sa s ňou nezrážala, zohľadnil sa mierny tlak rovnajúci sa 1 percentuálnemu náporu motora sondy. Bolo to vykonané s neuveriteľnou presnosťou, takže sonda bola schopná pristáť na asteroide, zbierať vzorky prachu a vrátiť sa na Zem v júni 2010.
Propagačné video:
Ďalším rovnako zaujímavým objektom je japonská solárna plachetnica IKAROS, ktorá je snom autorov sci-fi minimálne 50 rokov, bola uvedená na trh v roku 2017. Myšlienka bola taká, že slnečná plachta používala tlak svetla, slnečný vietor (slabý prúd nabitých častíc vychádzajúci zo slnečnej koróny) a užitočné zaťaženie, aby sa pohybovala. V júni spoločnosť IKAROS úspešne zdvihla svoju plachtu - ultratenký film s hrúbkou 7,5 mikrónov, vybavený solárnym panelom, ktorý slúži ako zdroj energie. V júli japonská vesmírna agentúra informovala, že IKAROS je poháňaný slnečným tlakom 1,12 mN, čo v zásade nie je toľko. Ale táto sila je generovaná slnečnými lúčmi a je zadarmo! Vedci to urobili na vzdialenosť viac ako štyri milióny kilometrov! Zaslúži si to rešpekt.
V roku 2010 vedci na austrálskej národnej univerzite ukázali, že svetlo sa dá použiť na dvíhanie malých častíc a ich posunutie o 12 palcov (30 cm) od seba. Mysleli si, že nakoniec budú schopní urobiť to isté na 10 metrov, čo sa tiež nezdá byť také skvelé. Ak je však táto drobná častica smrteľným vírusom, živými bunkami alebo molekulami plynu, ktoré sa nemôžu pohybovať iným spôsobom … viete, čo tým myslím.
Je teda otázka o hmotnosti tieňa hlúpe? Všeobecne áno. Pri hľadaní odpovede na túto hlúpu otázku však urobíme malý, ale veľmi významný krok a snažíme sa pochopiť, čo je relatívne nízka hmotnosť? Skôr túto otázku položili Kepler, Maxwell a teraz sme.
Spomínam si na skúsenosti zo školských hodín fyziky. Lúč svetla smeroval k obežnému kolesu, ktorého plátky boli natreté striedavo bielym a čiernym. Pod vplyvom svetla sa turbína začala otáčať, čo jasne dokázalo, že svetlo má impulz. To znamená, že svetelný tok nie je iba vlnami, ale tiež časticovými telieskami (má duálny alebo duálny charakter). Pokiaľ ide o hmotnosť tieňa, táto hodnota má zápornú hodnotu, pretože najmenší tlak lúčov svetla je prijímaný tienením tienidla.
Existuje celá diskusia o tieni v otázke:
- Hmotnosť (vo fyzike) je sila, s ktorou telo tlačí na podperu. Zvyčajne je zamieňaný s hmotou, pretože v zemskom gravitačnom poli je hmotnosť úmerná hmotnosti a koeficient proporcionality (zrýchlenie gravitácie) je prakticky nezmenený. Tiež v rotujúcom neinerciálnom systéme (napríklad v rotujúcej vesmírnej stanici) bude odstredivá sila (as ňou aj hmotnosť predmetov) úmerná ich hmotnosti, ale koeficient proporcionality bude odlišný. Teraz o tieni. Samozrejme to nie je objekt. A nemá hmotnosť. V istom zmysle má však tieň váhu. Iba on je negatívny! Tieň je koniec koncov neprítomnosť svetla kvôli prekážke, ktorá stála v jeho ceste. Svetlo je prúd fotónov s hmotnosťou a rýchlosťou as nimi hybnosťou. Keby fotóny lietali, prenášali by svoje impulzy na osvetlenú „podporu“a vyvíjali nepretržitý tlak. A tlakvynásobená plocha je sila. Môžeme povedať, váha svetla. Tieň je neprítomnosť svetla a jeho „váha“. To znamená, že v porovnaní s osvetlením má tieň „negatívnu“hmotnosť, približne ako „diera“(nedostatok záporne nabitého elektrónu v polovodiči) „má„ kladný náboj.
- Čo je absurdné? Fotóny nemajú hmotnosť, majú hybnosť a ak sa riadite vzorcom E = mc ^ 2, potom sa pre fotón energia bude rovnať E = pc, pretože fotóny nemajú a nemôžu mať pokojovú hmotu. Teraz o negatívnej mase. Negatívna hmota je hypoteticky vlastnená časticami exotickej hmoty. A to sa prejavuje v skutočnosti (nezabudnite, že masa je mierou zotrvačnosti), že ak túto časticu „zatlačíte“, bude lietať opačným smerom. S týmto problémom nemá nič spoločné. Ak budete postupovať podľa svojej uličnej logiky, potom všetko, čo sa zdá byť, sa dá nazvať negatívnym, ale existuje určitá prekážka. Boli tiež pobavení takými surovými predpokladmi, ako sú: hybnosť je hmotnosť a hmotnosť je sila a sila je tlak a tlak je hmotnosť. S týmto prístupom môžete dokázať čokoľvek. Existuje dokonca aj názov (nepamätám si),keď sa za základ (nepravda) považuje nepravdivý úsudok a z toho sa odvodí potrebné vyjadrenie. Mohli by ste byť dobrým konšpiračným teoretikom.
- Neexistuje žiadny impulz bez omše. Energia bez hmoty tiež neexistuje. O omši sa nehovorilo ani slovo. Hmotnosť nie je hmotnosť. Hovorí sa to od samého začiatku. „Váha“tieňa je negatívna (v istom zmysle). Neexistoval žiadny tieň „hmoty“. Reprezentovať neprítomnosť niečoho ako prítomnosť niečoho priamo opačného je pohodlná, dlhoročná a široko používaná tradícia vo fyzike. Nehovorím náhodne o „dierach“(nedostatok elektrónov) v polovodičoch. Je vhodné ich považovať (a sú považované!) Za „nábojové nosiče“so subformitou elektrónov, ale opačným znamienkom náboja. Pretože som nepracoval, aby som vás naučil základy fyziky.
- Je ťažké ignorovať otázku, ktorá má úplne hornú odpoveď. Hmotnosť je vektorové fyzikálne množstvo, ktoré charakterizuje silu pôsobenia tela na podložku. P = m * g. Je vidieť, že hmotnosť môže byť záporná, napríklad, ak je hustota tela menšia ako hustota média (vztlaková sila pôsobí na telo). Záporná váha neznamená jej neprítomnosť. Teraz niečo o tom, čo je tieň. Tieň je optický jav, ktorý sa vyskytuje pri rôznych svetelných podmienkach. A to neznamená úplnú neprítomnosť svetla. Je to len to, že jeden povrch je jasnejší (zasahuje viac fotónov a odráža sa na ňom) a druhý je stmievaný (tieň). Vieme, že fotóny nemajú hmotnosť (ak mal fotón hmotnosť, potom by jeho vychýlenie v gravitačnom poli muselo závisieť od jeho frekvencie, ale to podľa všetkých výpočtov nepozorujeme, zatiaľ je achromatické),a preto nemajú váhu, ale majú energiu a dynamiku. Pretože fotóny majú hybnosť, svetlo na ňu pôsobí tlakom (kvantová teória svetla vysvetľuje svetelný tlak ako výsledok prenosu hybnosti fotónmi na atómy alebo molekuly látky), ale nemôže byť žiadnym spôsobom identifikovaná pomocou hmotnosti. To všetko je komentár k Nektovej odpovedi. V skutočnosti nemá tieň žiadnu váhu, pretože je to len optický jav, ako je pretečenie benzínu (interferencia v tenkých vrstvách) alebo váš odraz vo vode.ale nedá sa nijakým spôsobom identifikovať podľa váhy. To všetko je komentár k Nektovej odpovedi. V skutočnosti nemá tieň žiadnu váhu, pretože je to len optický jav, ako je pretečenie benzínu (interferencia v tenkých vrstvách) alebo váš odraz vo vode.ale nedá sa nijakým spôsobom identifikovať podľa váhy. To všetko je komentár k Nektovej odpovedi. V skutočnosti nemá tieň žiadnu váhu, pretože je to len optický jav, ako je pretečenie benzínu (interferencia v tenkých vrstvách) alebo váš odraz vo vode.
- Dokazuje nezávislosť frekvencie niečo? V klasickej mechanike je uhlová výchylka svetla nezávislá aj od frekvencie (deltaV / c) = (2 * G * M) / (R * c2). V SRT to bude (deltaV / c) = (4 * G * M) / (R * c2), to znamená dvakrát toľko, ale nepridávajú / nepridávajú sa žiadne závislosti. Pochybujem, že akýkoľvek parameter systému môže zmiznúť zo zmeny terminológie. To znamená, že hmotnosť svetla by nemala nikam ísť. Možno bude potrebné nejako predefinovať, ale nemalo by sa stať, že v starej verzii to bolo nenulové av novej verzii to bolo nula. Navyše je tu impulz.
AKO MÔŽE SVIETIDLO SVIETIDLO? Rovnako ako jeho energia
Fotóny, častice svetla, nemajú pokojovú hmotu a existujú iba v pohybe rýchlosťou svetla. Preto jeden fotón nemôže byť vážený. Steny ktorejkoľvek nádoby však vyžarujú tepelné žiarenie, ktoré vyplní vnútorný objem fotónmi. Pohybujú sa náhodne vo všetkých smeroch a ich priemerná rýchlosť je nula. Ako hovoria fyzici, fotónový plyn má hmotnosť zodpovedajúcu jeho energii (E = mc2) a v zásade sa môže vážiť. Napríklad tepelné žiarenie vo vnútri litrovej nádoby váži približne jeden atóm uhlíka. Hmota žiarenia rýchlo rastie s teplotou, ale iba pri miliarde stupňov bude rovnaká ako hustota látky, na ktorú sme zvyknutí. Navyše, toto žiarenie už nebude obyčajným svetlom, ale tvrdými röntgenovými lúčmi.
Je ľahké to zistiť. Bežíme do kuchyne, berieme elektronickú váhu a okolo poludnia ju nastavíme priamo kolmo na slnečné svetlo. Za predpokladu, že sme čisté a všetko svetlo sa úplne odráža od lesklého povrchu stupnice, z tabuľky ru.wikipedia.org berieme číselnú hodnotu tlaku Slnka pri úplnom odrazení (9,08 mikroNewtonov na meter štvorcový) a vynásobíme plochou pracovnej plochy našich hmotností (~ 0,11 štvorcových metrov)). Dostaneme ~ 100 nanoNewtonov, silu tlaku slnečného vetra na váhy. Preložíme to na jednotky, ktoré sú známe všetkým (kilogramy), výsledok delíme gravitačným zrýchlením (9,8 m / s ^ 2). Je to výsledok, ktorý by sme videli v našej kuchyni, vážiť slnečné svetlo, ~ 10 nanogramov?
Na rozdiel od dosť bežného názoru existuje analóg hmoty svetla a je celkom fyzicky zmysluplný. Urobme myšlienkový experiment. Povedzme, že máte komoru so zrkadlovými, absolútne reflexnými vnútornými stenami a presne známou hmotou. A teraz nechajte na krátku dobu vniknúť silný lúč nejakého lasera otvorom, čoskoro potom sa otvor uzavrie. Svetlo je v komore, cestuje tam od steny k stene.
Ak by teda existovala možnosť veľmi presných meraní, zistilo by sa, že by sa zvýšila hmotnosť komory so zachyteným svetlom vo vnútri. Najmä bude ťažšia. A jej zotrvačnosť porastie. A gravitácia (!). Tradične sa všetky tieto vlastnosti pripisujú konkrétne hmotnosti.
Formálny dôkaz je prinajmenšom tento: nech sú elektróny a pozitróny nejaký čas v komore; Prirodzene zvyšujú celkovú hmotnosť. Čoskoro potom všetci zničia - a máme kameru s gama quanta. Je zrejmé, že sa hmotnosť komory nezmenila!
Koľko váži vesmír?
Koľko váži vesmír, môžete skúsiť vypočítať tak, že určíte hmotnosť kvasarov. Štúdiom susedných galaxií vedci zistili, že existuje súvislosť medzi hmotnosťou čiernej diery a galaxie. Hmotnosť čiernej diery je obvykle malé percento hmotnosti hviezdneho systému, pohybujúce sa od asi 0,14 percent do 0,5 percenta. Ak je tento vzťah pravdivý v ranom vesmíre, hmotnosť galaxie by mala byť ekvivalentná ohromujúcim biliónom solárnych hmôt v hviezdach. Nehovoriac o jeho temných zložkách, ktoré sú zďaleka najmasívnejšou časťou každého hviezdneho systému. Zatiaľ nie je možné určiť množstvo ďalších galaxií, ak existujú v modernom vesmíre. Ak však galaxie existujú v predpokladanom hmotnostnom rozsahu, bude to prvýkrát zistené v tejto dobe.
Štúdium masivity galaxie poskytne informácie o tom, ako rastie vo vesmíre. Jeho rast je okolo 2000 km za deň. Existuje úplne nepreukázateľná postava, že hmotnosť galaxie je niekde v päťdesiatej sile ton. Svietivosť vzdialených kvasarov a váha vesmíru.
Prečo existuje korelácia medzi hmotnosťou čiernej diery a galaxie? Aký je vzťah medzi narastaním čiernych dier a tvorbou hviezd? Vedci vypočítali, že svietivosť kvázarov závisí od maximálnej rýchlosti na Eddingtonovom limite. Eddingtonov limit existuje, pretože čím rýchlejšie čierna diera absorbuje telo, tým viac trenia, a tým viac svetla sa vytvára v akrečnom disku. S rastúcou mierou spotreby čiernej diery sa zvyšuje množstvo vyžarovanej energie žiarenia, čo zase spomaľuje rýchlosť spotreby. Je dosiahnutý limit Eddington.
Eddingtonov limit je kritická maximálna hodnota sily žiarenia a svietivosti. Poskytuje anglický astrofyzik Arthur Eddington ako podmienku rovnováhy ťahu, tlaku a žiarenia. Dodatočné svetlo je vyžarované smerom von, čo vytvára tlak na padajúci materiál a spomaľuje ho. Ako je zrejme kontraintuitívne, svetlo v skutočnosti vyvíja tlak na objekty v dostatočnom svetle a rovná sa značnej sile.
Vedci tvoria niektoré presvedčivé modely týkajúce sa týchto otázok týkajúcich sa úlohy čiernych dier, ale v tejto otázke neexistuje zhoda. Ak je kvazár jedinečné laboratórium pre túto štúdiu, potom sa čierna diera kvazaru a galaxia - vyvíjajú spolu.
Svetlo z kvázaru sa dá použiť aj na spoznanie vesmíru inými spôsobmi. Jas umožní výskumníkom skúmať intergalaktické prostredie ako nikdy predtým. Medzigalaktické médium je distribúcia plynu a prachu medzi galaxiami obsahujúcimi vodík, hélium a rôzne kovy (v astrofyzikálnych podmienkach sú všetky vyššie uvedené prvky hélia známe ako „kovy“). Svetlo z kvazaru musí cestovať dostatočne dlho predtým, ako sa dostane na Zem. Keď svetlo prechádza plynom, niektoré vlnové dĺžky svetla prenikajú do plynu lepšie ako iné a niektoré prvky blokujú určité vlnové dĺžky. Napríklad štúdiom spektra z objektu a zistením, že niektoré spektrá chýbajú v spektre, sa vedci môžu dozvedieť viac o obsahu plynu. Tento proces sa však stáva ťažším, najmä na takých dlhých vzdialenostiach. Pri stmievacom svetle (zmena výkonu) je ťažšie rozlišovať medzi týmito medzerami alebo čiarami v spektre.
Jas kvázaru poskytne jasnejšie meranie intergalaktického prostredia. Po určení jasu kvasaru je možné odpovedať na otázku: „Koľko váži vesmír?“A keďže sa kovy v medzigalaktickom médiu vyrábali zlúčením jadier hviezd, meranie týchto prvkov môže pomôcť výskumníkom dozvedieť sa o procesoch tvorby hviezd vo vesmíre.