Iš pirmo žvilgsnio šešėlio svorio klausimas atrodo kvailas. Net jei šešėlis turi kokį nors svorį, jis turi būti toks mažas, kad jį būtų galima išmatuoti tik naudojant mikrodalelių metodą. Taip pat kyla kitas klausimas, ar šviesa turi svorį, nes ji, vienaip ar kitaip, turėtų suteikti tam tikrą svorį bet kuriam daiktui?
Abu šie klausimai atrodo keistai, bet pakankamai įdomiai, todėl nusprendžiau juos išsiaiškinti.
- „Salik.biz“
Pirmiausia prisiminkime Peterį Paną, jie sako, kad jis turėjo gyvą šešėlį, tačiau jis buvo toks nereikšmingas, kad atrodė, jog sveria ne daugiau kaip cigarečių dūmai. Peteris Panas, be abejo, buvo išgalvotas veikėjas, nors kvantiniame lygmenyje tai gali būti nesvarbu, o jo kūrėjas J. M. Barry, neturėjo pakankamai mokslo žinių.
Iš tikrųjų, naudodamiesi vienu iš atskaitos rėmų, galime daryti išvadą, kad mūsų šešėliai iš tikrųjų sveria mažiau nei nieko. Prieš keturis šimtus metų astronomas Johanesas Kepleris pastebėjo, kad kometų uodegos visada yra nukreiptos nuo saulės, ir padarė išvadą, kad saulės spinduliai veikia slėgį, kuris neša daleles. XIX amžiaus pabaigoje fizikas Jamesas Clerkas Maxwellas suformulavo šviesos slėgio apskaičiavimo lygtį, kuri buvo eksperimentiškai patvirtinta 1903 m.
Tikiuosi, jūs suprantate, ką aš pasiekiu. Jei stovite ir saulės spinduliai krinta ant jūsų, sukuriate sumažėjusio slėgio zoną, padengtą šešėliu. Palyginti su likusiu kraštovaizdžiu, jūsų šešėlis (arba, tiksliau, plotas, kurį jis apima) sveria mažiau.
Kiek mažiau? Nedaug. Saulės spindulių slėgis yra neįtikėtinai mažas: mažiau nei milijardas Pa žemės paviršiaus. Kitaip tariant, užtruks kelis milijonus žmonių šešėlių, kad šešetas atspindėtų vieną svarą. Čikagos miestą skleidžiančios šviesos bendras stipris yra apie 1334N.
Tačiau labai mažas dar nereiškia nesvarbus. Kad japonų kosminis zondas „Hayabusa“galėtų artėti prie asteroido Itokawa 2005 m., Užveskite pelės žymeklį šalia jo, taip pat jo nesprogdindamas ar nesusidūręs, buvo atsižvelgiama į šviesos slėgį, lygų 1 proc. Zondo variklio jėgos. Tai buvo padaryta neįtikėtinai tiksliai, todėl zondas galėjo nusileisti ant asteroido, surinkti dulkių pavyzdžius ir grįžti į Žemę 2010 m. Birželio mėn.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Kitas ne mažiau įdomus objektas yra japoniškas saulės burlaivis „IKAROS“, mokslinės fantastikos rašytojų svajonė mažiausiai 50 metų, pagaliau paleistas 2017 m. Idėja buvo ta, kad saulės burė naudojo šviesos slėgį, saulės vėją (silpną įkrautų dalelių srautą, sklindantį iš saulės vainikėlio) ir naudingą krovinį, kad galėtų jį perkelti. Birželio mėn. „IKAROS“sėkmingai iškėlė savo burę - 7,5 mikrono kvadratą ypač plonos plėvelės su saulės baterija, tarnaujančia kaip energijos šaltinis. Liepos mėnesį Japonijos kosmoso agentūra pranešė, kad IKAROS varo 1,12 mN saulės slėgis, kuris iš principo nėra toks didelis. Bet šią galią sukuria saulės spinduliai ir ji nemokama! Mokslininkai tai padarė daugiau nei keturių milijonų kilometrų atstumu! Jis nusipelno pagarbos.
2010 m. Australijos nacionalinio universiteto tyrėjai parodė, kad šviesa gali būti naudojama mažoms dalelėms pakelti ir perkelti viena nuo kitos 30 colių atstumu. Jie suprato, kad galiausiai galės padaryti tą patį 10 metrų atstumu, o tai taip pat neatrodo puiku. Tačiau jei maža dalelė yra mirtinas virusas, gyva ląstelė ar dujų molekulė, kurios negalima judinti jokiu kitu būdu … žinote, ką turiu omenyje.
Taigi, ar klausimas apie šešėlio svorį yra kvailas? Apskritai, taip. Tačiau, ieškodami atsakymo į šį kvailą klausimą, žengiame nedidelį, bet labai reikšmingą žingsnį, bandydami suprasti, kas yra palyginti mažas svoris? Anksčiau šį klausimą uždavė Kepleris, Maksvelas, o dabar mes.
Prisimenu patirtį iš mokyklos fizikos pamokų. Šviesos pluoštas buvo nukreiptas į rotorių, kurio žiedlapiai buvo dažomi pakaitomis balta ir juoda. Šviesos veikiama turbina pradėjo suktis, o tai aiškiai įrodė, kad šviesa turi impulsą. Tai reiškia, kad šviesos srautas yra ne tik bangos, bet ir dalelės-ląstelės (turi dvigubą ar dvigubą pobūdį). Kalbant apie šešėlio svorį, ši vertė turi neigiamą vertę, nes menkiausią šviesos spindulių slėgį patiria kūnas, tikrinantis šešėlį.
Yra visa diskusija apie klausimo šešėlį:
- Svoris (fizikoje) yra jėga, kuria kūnas spaudžia atramą. Paprastai tai painiojama su mase, nes Žemės gravitaciniame lauke svoris yra proporcingas masei, o proporcingumo koeficientas (laisvojo kritimo pagreitis) praktiškai nesikeičia. Taip pat besisukančioje neinercinėje sistemoje (pavyzdžiui, besisukančioje kosminėje stotyje) išcentrinė jėga (o kartu su ja ir objektų svoris) bus proporcinga jų masei, tačiau proporcingumo koeficientas bus skirtingas. Dabar apie šešėlį. Žinoma, tai nėra objektas. Ir ji neturi masės. Tačiau tam tikra prasme šešėlis turi svorio. Tik jis yra neigiamas! Šešėlis yra šviesos nebuvimas dėl kliūties, stovėjusios jos kelyje. Šviesa yra fotonų srautas, turintis masę ir greitį bei kartu su jais impulsą. Jei fotonai skraidytų, jie perduotų savo impulsus į apšviestą „atramą“, nuolat veikdami. Ir spaudimaspadaugintas plotas yra stipris. Mes galime pasakyti apie šviesos svorį. Na, šešėlis yra ir šviesos, ir jos „svorio“nebuvimas. Tai yra, palyginti su apšvietimu, šešėlis, atrodo, turi „neigiamą“svorį, maždaug kaip „skylė“(puslaidininkyje nėra neigiamai įkrauto elektrono) „turi“teigiamą krūvį.
- Kas yra absurdas? Fotonai neturi masės, jie turi impulsą, ir jei vadovaujatės formule E = mc ^ 2, tada fotono energija bus lygi E = pc, nes fotonai neturi ir negali turėti poilsio masės. Dabar apie neigiamą masę. Hipotetiškai neigiamą masę turi egzotinių medžiagų dalelės. Ir tai pasireiškia tuo, kad (nepamirškite, kad masė yra inercijos matas), kad jei jūs „stumdysite“šią dalelę, ji skris kita kryptimi. Tai neturi nieko bendra su šiuo klausimu. Jei vadovaujatės savo gatvės logika, tada viskas, kas atrodo, gali būti vadinama neigiama, tačiau tam yra tam tikrų kliūčių. Juos taip pat linksmino tokios grubios prielaidos, kaip: impulsas yra masė, o masė yra jėga, o jėga yra slėgis, o slėgis yra svoris. Taikydami šį požiūrį, galite įrodyti bet ką. Yra net to pavadinimas (nepamenu),kai pagrindas (tiesa) priimamas klaidingu sprendimu ir iš jo išplaukia teiginys, kurio reikia. Galite būti geras sąmokslo teoretikas.
- Nėra impulsų be masės. Energija be masės taip pat neegzistuoja. Nebuvo pasakyta nė žodžio apie mišias. Svoris nėra masė. Tai buvo pasakyta nuo pat pradžių. Šešėlio svoris (tam tikra prasme) yra neigiamas. Nebuvo „mišių“šešėlio. Atstovavimas kažko nebuvimui kaip kažko buvimas tiesiogiai priešais yra patogi, ilgametė ir plačiai naudojama fizikos tradicija. Aš neatsitiktinai kalbu apie „skyles“(elektronų trūkumą) puslaidininkiuose. Patogu juos laikyti (ir yra laikomi!) „Krūvio nešėjais“, turinčiais elektronų subformingumą, tačiau priešingu krūvio ženklu. Nes aš nedirbau mokyti jums fizikos pagrindų.
- Sunku nekreipti dėmesio į klausimą, kurio viršuje kabo iš esmės neteisingas atsakymas. Svoris yra vektorinis fizinis dydis, apibūdinantis kūno veikimo jėgą ant atramos. P = m * g. Matoma, kad svoris gali būti neigiamas, pavyzdžiui, jei kūno tankis yra mažesnis už terpės tankį (kūną veikia plūdrumo jėga). Neigiamas svoris dar nereiškia jo nebuvimo. Dabar šiek tiek apie tai, kas yra šešėlis. Šešėlis yra optinis reiškinys, atsirandantis esant skirtingoms apšvietimo sąlygoms. Ir tai nereiškia visiško šviesos nebuvimo. Tiesiog vienas paviršius yra ryškesnis (daugiau fotonų smogia ir atspindi jį), o kitas - silpnesnis (šešėlis). Mes žinome, kad fotonai neturi masės (jei fotonas turėtų masę, tada jo įlinkis gravitaciniame lauke turėtų priklausyti nuo jo dažnio, tačiau mes to nestebime, pagal visus skaičiavimus, jis kol kas yra achromatinis),ir todėl neturi svorio, tačiau turi energijos ir impulsą. Kadangi fotonai įgauna pagreitį, kūnui krintanti šviesa daro jį spaudimą (šviesos kvantinė teorija paaiškina šviesos slėgį, nes fotonai impulsą perduoda į medžiagos atomus ar molekules), tačiau jo negalima niekaip tapatinti su svoriu. Visa tai aukščiau yra Nekto atsakymo komentaras. Tiesą sakant, šešėlis neturi svorio, nes tai tik optinis reiškinys, pavyzdžiui, benzino perpildymas (trukdžiai plonoms plėvelėms) arba jūsų atspindys vandenyje.tačiau jo niekaip negalima tapatinti su svoriu. Visa tai aukščiau yra Nekto atsakymo komentaras. Tiesą sakant, šešėlis neturi svorio, nes tai tik optinis reiškinys, pavyzdžiui, benzino perpildymas (trukdžiai plonoms plėvelėms) arba jūsų atspindys vandenyje.tačiau jo niekaip negalima tapatinti su svoriu. Visa tai aukščiau yra Nekto atsakymo komentaras. Tiesą sakant, šešėlis neturi svorio, nes tai tik optinis reiškinys, pavyzdžiui, benzino perpildymas (trukdžiai plonoms plėvelėms) arba jūsų atspindys vandenyje.
- Ar dažnio nepriklausomybė ką nors įrodo? Klasikinėje mechanikoje kampinis šviesos deformacija taip pat nepriklauso nuo dažnio (deltaV / c) = (2 * G * M) / (R * c2). SRT bus (deltaV / c) = (4 * G * M) / (R * c2), tai yra dvigubai daugiau, tačiau jokių priklausomybių nepridedama / nepridedama. Aš abejoju, ar pasikeitus terminologijai bet kuris sistemos parametras gali išnykti. Tai yra, šviesos svoris neturėtų niekur eiti. Gali tekti ją kažkaip iš naujo apibrėžti, bet neturėtų būti taip, kad senajame variante jis nebuvo lygus nuliui, o naujoje - nulinis. Be to, yra impulsas.
KAIP DAUG ŠVIESOS SVORIO? Kiek jo energijos
Fotonai, šviesos dalelės, neturi ramybės masės ir egzistuoja tik judant šviesos greičiu. Todėl negalima pasverti vieno fotono. Tačiau bet kurio indo sienos skleidžia šiluminę spinduliuotę, vidinį tūrį užpildydamos fotonais. Jie juda atsitiktine tvarka visomis kryptimis, o jų vidutinis greitis yra lygus nuliui. Tokios, kaip sako fizikai, fotonų dujų masė atitinka jų energiją (E = mc2), ir iš esmės jas galima pasverti. Pavyzdžiui, šilumos spinduliuotė litro talpyklos viduje sveria apie vieną anglies atomą. Spinduliuotės masė greitai auga kartu su temperatūra, tačiau tik milijardu laipsnių jos tankis bus lygus medžiagai, prie kurios esame įpratę. Be to, pati ši radiacija nebebus įprasta šviesa, bet kieti rentgeno spinduliai.
Tai nesunku sužinoti. Mes bėgame į virtuvę, paimame elektroninę skalę ir maždaug vidurdienį nustatome ją tiesiai statmenai saulės šviesai. Darant prielaidą, kad esame švarūs ir visa šviesa visiškai atsispindi nuo blizgaus svarstyklių paviršiaus, paimame iš ru.wikipedia.org lentelės Saulės slėgio skaitinę vertę esant visiškam atspindėjimui (9,08 mikroNewtons kvadratiniam metrui) ir padauginame iš mūsų svorio darbinio paviršiaus ploto (~ 0,11 kvadratinio metro).). Mes gauname ~ 100 nanoNwwtons, saulės vėjo slėgio jėgą ant svarstyklių. Mes išverčiame tai į visiems žinomus vienetus (kilogramus), rezultatą padalijant iš gravitacijos pagreičio (9,8 m / s ^ 2). Ar tai yra rezultatas, kurį pamatytume savo virtuvės skalėje, sveriančioje saulės spindulius, ~ 10 nanogramų?
Priešingai nei gana paplitusi nuomonė, yra šviesos masės analogas ir jis yra gana fiziškai reikšmingas. Padarykime minčių eksperimentą. Tarkime, kad jūs turite kamerą su veidrodinėmis, absoliučiai atspindinčiomis vidinėmis sienomis ir tiksliai žinoma mase. Ir dabar leisk į jį per skylę trumpam patekti galingam lazerio spinduliui, netrukus skylė užsidarys. Kameroje šviesa sklinda nuo sienos iki sienos.
Taigi, jei būtų galimybė atlikti labai tikslius matavimus, būtų nustatyta, kad kameros masė su įstrigusia šviesa būtų padidėjusi. Visų pirma, jis bus sunkesnis. Ir jos inercija augs. Ir gravitacija (!). Tradiciškai visos šios savybės priskiriamos būtent masei.
Formalus įrodymas yra bent toks: tegul elektronai ir pozitronai kurį laiką būna kameroje; Natūralu, kad jie padidina bendrą masę. Netrukus visi jie sunaikinti - ir mes turime kamerą su gama kvantomis. Akivaizdu, kad kameros masė nepasikeitė!
Kiek sveria visata?
Kiek sveria visata, galite pabandyti apskaičiuoti, nustatydami kvazarų masę. Tyrinėdami kaimynines galaktikas, tyrėjai nustatė, kad yra ryšys tarp juodosios skylės masės ir galaktikos. Paprastai juodosios skylės masė yra nedidelė žvaigždės sistemos masės procentinė dalis, svyruojanti nuo maždaug 0,14 iki 0,5 procento. Jei šis ryšys yra tikras ankstyvojoje Visatoje, Galaktikos masė turėtų būti lygi stulbinamiems trilijonams saulės masių žvaigždėse. Jau nekalbant apie jo tamsiąją sudedamąją dalį, kuri iki šiol yra pati masiškiausia kiekvienos žvaigždžių sistemos dalis. Kol kas neįmanoma nustatyti kitų galaktikų masės, jei jos egzistuoja šiuolaikinėje Visatoje. Bet jei galaktikos egzistuoja numatomame masės diapazone, tada jos bus pirmą kartą aptiktos šioje eroje.
Studijuodami galaktikos masyvumą, gausite informacijos apie tai, kaip ji auga visatoje. Jo augimas yra apie 2000 km per dieną. Yra visiškai neįrodomas skaičius, kad Galaktikos masė yra kažkur penkiasdešimtąja tonų galia. Tolimų kvazarų šviesumas ir Visatos svoris.
Kodėl yra ryšys tarp juodosios skylės masės ir galaktikos? Koks yra juodosios skylės susikaupimo ir žvaigždės susidarymo santykis? Tyrėjai apskaičiavo, kad kvazarų šviesumas priklauso nuo didžiausio greičio nuo Eddingtono ribos. Eddingtono riba egzistuoja todėl, kad kuo greičiau juodoji skylė absorbuoja kūną, tuo didesnė trintis, todėl įkrėtimo diske sukuriama daugiau šviesos. Didėjant juodosios skylės sunaudojimo greičiui, didėja spinduliuojamos energijos kiekis, o tai savo ruožtu lėtina vartojimo greitį. Eddingtono riba pasiekta.
Eddingtono riba yra kritinė didžiausia spinduliuotės galios ir ryškumo vertė. Tai įrodė anglų astrofizikas Arthuras Eddingtonas kaip traukos, slėgio ir radiacijos pusiausvyros sąlyga. Papildoma šviesa skleidžiama į išorę ir daro spaudimą krintančiai medžiagai, ją lėtina. Kad ir kaip priešingai, nei atrodo, šviesa iš tikrųjų daro spaudimą objektams pakankamai šviesos ir prilygsta reikšmingai galiai.
Mokslininkai sudaro keletą įtikinamų modelių tokiais klausimais dėl juodųjų skylių vaidmens, tačiau šiuo klausimu nėra sutarimo. Jei kvazaras yra unikali tyrimo laboratorija, tada kvazaro juodoji skylė ir galaktika - vystosi kartu.
Šviesa iš kvazaro taip pat gali būti naudojama norint sužinoti apie visatą kitais būdais. Ryškumas leis tyrėjams ištirti tarpgalaktinę aplinką kaip niekad anksčiau. Tarpgalaktinė terpė yra dujų ir dulkių pasiskirstymas tarp galaktikų, kuriose yra vandenilio, helio ir įvairių metalų (astrofizinėmis sąlygomis visi aukščiau išvardyti helio elementai yra žinomi kaip „metalai“). Šviesa iš kvazaro turi keliauti pakankamai ilgai, kol ji pasieks žemę. Kai šviesa sklinda pro dujas, kai kurie šviesos bangos ilgiai geriau įsiskverbia į dujas, o kai kurie elementai blokuoja tam tikrus bangų ilgius. Pavyzdžiui, tyrinėdami objekto spektrą ir matydami, kad spektro trūksta tam tikrų bangos ilgių, tyrėjai gali sužinoti apie dujų kiekį. Tačiau procesas tampa sunkesnis, ypač tokiais dideliais atstumais. Esant silpnesnei (galios pokyčiams) šviesai, sunkiau atskirti šias spragas ar linijas spektre.
Kvazaro ryškumas leis aiškiau išmatuoti tarpgalaktinę aplinką. Nustatęs kvazaro ryškumą, galima atsakyti į klausimą: "Kiek sveria Visata?" Be to, kadangi metalai tarpgalaktinėje terpėje buvo gaminami sujungiant žvaigždžių branduolius, šių elementų matavimai gali padėti tyrėjams sužinoti apie žvaigždžių formavimo procesus Visatoje.