À primeira vista, a questão do peso da sombra parece boba. Mesmo que a sombra tenha algum peso, ela deve ser tão pequena que só possa ser medida com a técnica de micropartículas. Há também uma outra questão, a luz tem peso, uma vez que, de uma forma ou de outra, deve dar um certo peso a qualquer objeto?
Ambas as perguntas parecem estranhas, mas interessantes o suficiente, então decidi descobri-las.
Vamos nos lembrar de Peter Pan primeiro, dizem que ele tinha uma sombra viva, mas era tão insignificante que parecia não pesar mais que fumaça de cigarro. Peter Pan era, é claro, um personagem fictício, embora em um nível quântico isso não importe, e seu criador, J. M. Barry, não tinha conhecimento científico suficiente.
Na verdade, usando um dos quadros de referência, podemos concluir que nossas sombras na verdade pesam menos do que nada. Há quatrocentos anos, o astrônomo Johannes Kepler notou que as caudas dos cometas estão sempre voltadas para o lado oposto ao sol e concluiu que os raios solares exercem uma pressão que carrega as partículas. No final do século 19, o físico James Clerk Maxwell formulou uma equação para calcular a pressão da luz, que foi confirmada experimentalmente em 1903.
Espero que você entenda a que estou chegando. Se você está de pé e os raios do sol incidem sobre você, cria uma zona de pressão reduzida, coberta por sombras. Em comparação com o resto da paisagem, sua sombra (ou mais precisamente, a área que cobre) pesa menos.
Quanto menos? Não muito. A pressão dos raios do sol é incrivelmente pequena: menos de um bilionésimo de Pa na superfície da Terra. Em outras palavras, seriam necessários vários milhões de sombras humanas para contabilizar meio quilo de intensidade luminosa na sombra. A luz atingindo a cidade de Chicago tem uma força total de cerca de 1334N.
No entanto, muito pequeno não significa sem importância. Para que a sonda espacial japonesa Hayabusa se aproximasse do asteróide Itokawa em 2005, pairasse próximo a ele e também não o detonasse ou colidisse com ele, a leve pressão igual a 1 por cento do empuxo do motor da sonda foi levada em consideração. Isso foi feito com uma precisão incrível, então a sonda foi capaz de pousar no asteróide, coletar amostras de poeira e retornar à Terra em junho de 2010.
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Outro objeto igualmente interessante é o veleiro solar japonês IKAROS, um sonho dos escritores de ficção científica há pelo menos 50 anos, finalmente lançado em 2017. A ideia era que a vela solar usasse a pressão da luz, o vento solar (um fraco fluxo de partículas carregadas que emana da coroa solar) e a carga útil para movê-la. Em junho, a IKAROS içou com sucesso sua vela, um quadrado de 7,5 mícrons de filme ultrafino, equipado com um painel solar que serve como fonte de energia. Em julho, a agência espacial japonesa informou que o IKAROS é impulsionado por uma pressão solar de 1,12 mN, o que, em princípio, não é tanto. Mas essa energia é gerada pelos raios do sol e é grátis! Os cientistas fizeram isso a uma distância de mais de quatro milhões de quilômetros! Isso merece respeito.
Em 2010, pesquisadores da Australian National University mostraram que a luz pode ser usada para levantar partículas minúsculas e separá-las 30 cm. Eles descobriram que eventualmente seriam capazes de fazer a mesma coisa a 10 metros (33 pés), o que também não parece muito bom. No entanto, se a partícula minúscula é um vírus mortal, célula viva ou molécula de gás que não pode ser movida de nenhuma outra forma … você sabe o que quero dizer.
Então, a pergunta sobre o peso da sombra é estúpida? Em geral, sim. Porém, em busca de uma resposta a essa pergunta estúpida, damos um pequeno mas muito significativo passo, tentando entender o que é relativamente leve? Anteriormente, essa pergunta foi feita por Kepler, Maxwell, e agora nós somos.
Lembro-me da experiência das aulas de física na escola. O feixe de luz foi direcionado para o impulsor, cujas pétalas foram pintadas alternadamente de branco e preto. Sob a influência da luz, a turbina começou a girar, o que provou claramente que a luz tem impulso. Isso significa que o fluxo luminoso não é apenas ondas, mas também partículas-corpúsculos (tem natureza dual ou dual). Quanto ao peso da sombra, este valor tem valor negativo porque a menor pressão dos raios de luz é exercida pelo corpo que protege a sombra.
Há toda uma discussão sobre a sombra na questão Т:
- Peso (em física) é a força com que o corpo pressiona o suporte. Costuma ser confundido com massa, pois no campo gravitacional terrestre o peso é proporcional à massa e o coeficiente de proporcionalidade (aceleração da queda livre) praticamente não se altera. Também em um sistema rotativo não inercial (por exemplo, em uma estação espacial rotativa) a força centrífuga (e com ela o peso dos objetos) será proporcional à sua massa, mas o coeficiente de proporcionalidade será diferente. Agora, sobre a sombra. Claro que não é um objeto. E ela não tem massa. No entanto, em certo sentido, a sombra tem peso. Só ele é negativo! Afinal, sombra é a ausência de luz devido a um obstáculo que se interpôs em seu caminho. A luz é um fluxo de fótons com massa e velocidade, e com eles momentum. Se os fótons voassem, eles transmitiriam seus impulsos ao "suporte" iluminado, exercendo pressão contínua. E a pressãoa área multiplicada é a força. Podemos dizer o peso da luz. Bem, a sombra é a ausência de luz e seu "peso". Ou seja, comparada à iluminação, a sombra parece ter um peso "negativo", aproximadamente como um "buraco" (falta de um elétron com carga negativa em um semicondutor) "tem" uma carga positiva.
- O que é absurdo? Os fótons não têm massa, eles têm momento, e se você for guiado pela fórmula E = mc ^ 2, então para um fóton a energia será igual a E = pc, porque os fótons não têm e não podem ter massa em repouso. Agora, sobre a massa negativa. A massa negativa, hipoteticamente, é possuída por partículas de matéria exótica. E isso se manifesta no fato (não se esqueça de que a massa é uma medida de inércia) de que se você "empurrar" essa partícula, ela voará na outra direção. Não tem nada a ver com esse problema. Se você seguir sua lógica de rua, então tudo o que parece ser pode ser chamado de negativo, mas há algum obstáculo para isso. Eles também se divertiam com suposições grosseiras como: o momento é a massa, a massa é a força, a força é a pressão e a pressão é o peso. Com essa abordagem, você pode provar qualquer coisa. Tem até um nome para isso (não me lembro),quando um falso julgamento é tomado como base (verdade) e a afirmação necessária é derivada dele. Você poderia ser um bom teórico da conspiração.
- Não há impulso sem massa. Energia sem massa também não existe. Nenhuma palavra foi dita sobre a missa. Peso não é massa. Isso foi dito desde o início. O “peso” da sombra é negativo (em certo sentido). Não havia sombra de uma "massa". Representar a ausência de algo como a presença de algo diretamente oposto é uma tradição conveniente, duradoura e amplamente usada na física. Não estou me referindo acidentalmente a "buracos" (falta de elétrons) em semicondutores. É conveniente considerá-los (e são considerados!) Como "portadores de carga" com a subformidade dos elétrons, mas o sinal oposto da carga. Porque eu não trabalhei para lhe ensinar o básico da física.
- É difícil ignorar uma pergunta que tem uma resposta fundamentalmente errada pendurada no topo. Peso é uma grandeza física vetorial que caracteriza a força de ação de um corpo sobre um suporte. P = m * g. Vê-se que o peso pode ser negativo, por exemplo, se a densidade do corpo for menor que a densidade do meio (a força de empuxo atua sobre o corpo). Peso negativo não significa sua ausência. Agora, um pouco sobre o que é uma sombra. A sombra é um fenômeno óptico que ocorre em diferentes condições de iluminação. E isso não significa ausência total de luz. É que uma superfície é mais brilhante (mais fótons atingem e refletem nela), e a outra é mais escura (sombra). Sabemos que os fótons não têm massa (se um fóton tivesse massa, então sua deflexão no campo gravitacional teria que depender de sua frequência, mas não observamos isso, de acordo com todos os cálculos, é acromático até agora),e, portanto, não têm peso, mas têm energia e impulso. Como os fótons têm momento, a luz que incide sobre um corpo exerce pressão sobre ele (a teoria quântica da luz explica a pressão da luz como resultado da transferência do momento dos fótons para átomos ou moléculas de uma substância), mas não pode ser identificada com o peso de forma alguma. Todas as alternativas acima são um comentário sobre a resposta de Nekto. Na verdade, a sombra não tem peso, pois é apenas um fenômeno óptico, como o transbordamento da gasolina (interferência em filmes finos) ou seu reflexo na água.mas não pode ser identificado com peso de forma alguma. Todas as alternativas acima são um comentário sobre a resposta de Nekto. Na verdade, a sombra não tem peso, pois é apenas um fenômeno óptico, como o transbordamento da gasolina (interferência em filmes finos) ou seu reflexo na água.mas não pode ser identificado com peso de forma alguma. Tudo o que foi dito acima é um comentário sobre a resposta de Nekto. Na verdade, a sombra não tem peso, pois é apenas um fenômeno óptico, como o transbordamento da gasolina (interferência em filmes finos) ou seu reflexo na água.
- A independência de frequência prova alguma coisa? Na mecânica clássica, a deflexão angular da luz também é independente da frequência (deltaV / c) = (2 * G * M) / (R * c2). No SRT haverá (deltaV / c) = (4 * G * M) / (R * c2), ou seja, o dobro, mas nenhuma dependência é adicionada / adicionada. Duvido que qualquer parâmetro do sistema possa desaparecer com uma mudança na terminologia. Ou seja, o peso da luz não deve ir a lugar nenhum. Pode ser necessário redefinir de alguma forma, mas não deveria ser que na versão antiga era diferente de zero e na nova era zero. Além disso, existe um impulso.
QUANTO O LEVE PESA? Tanto quanto sua energia
Os fótons, partículas de luz, não têm massa de repouso e existem apenas em movimento à velocidade da luz. Portanto, um fóton não pode ser pesado. Porém, as paredes de qualquer vaso emitem radiação térmica, enchendo o volume interno de fótons. Eles se movem aleatoriamente em todas as direções e sua velocidade média é zero. Tal como dizem os físicos, um gás fóton tem uma massa correspondente à sua energia (E = mc2) e, em princípio, pode ser pesado. Por exemplo, a radiação de calor dentro de um recipiente de litro pesa cerca de um átomo de carbono. A massa de radiação cresce rapidamente com a temperatura, mas apenas em um bilhão de graus será igual em densidade à substância a que estamos acostumados. Além disso, essa radiação em si não será mais luz comum, mas raios-X duros.
É fácil descobrir. Corremos para a cozinha, pegamos uma balança eletrônica e, por volta do meio-dia, a colocamos perpendicularmente à luz do sol. Assumindo que estamos limpos e toda a luz é completamente refletida da superfície brilhante das escalas, pegamos da tabela ru.wikipedia.org o valor numérico da pressão do Sol em reflexão total (9,08 microNewtons por metro quadrado) e multiplicamos pela área da superfície de trabalho de nossos pesos (~ 0,11 metro quadrado) Obtemos ~ 100 nanoNewtons, a força da pressão do vento solar nas escalas. Traduzimos isso nas unidades conhecidas por todos (quilogramas), dividindo o resultado pela aceleração da gravidade (9,8 m / s ^ 2). É este o resultado que veríamos em nossa balança de cozinha, pesando a luz solar, ~ 10 nanogramas?
Ao contrário da opinião bastante comum, existe um análogo da massa de luz e é fisicamente significativo. Vamos fazer um experimento mental. Digamos que você tenha uma câmara com paredes internas espelhadas absolutamente reflexivas e uma massa precisamente conhecida. E agora deixe um feixe poderoso de algum laser entrar por um curto período de tempo através do orifício, logo após o orifício se fechar. A luz está na câmara, viajando de parede a parede.
Assim, se houvesse a possibilidade de medidas ultraprecisas, descobrir-se-ia que a massa da câmara com a luz presa dentro teria aumentado. Em particular, ficará mais pesado. E sua inércia vai crescer. E a gravidade (!). Tradicionalmente, todas essas propriedades são atribuídas especificamente à massa.
A prova formal é pelo menos esta: deixe os elétrons e pósitrons na câmara por algum tempo; Naturalmente, eles aumentam a massa total. Logo em seguida, todos eles se aniquilam - e temos uma câmera com gama quanta. É claro que a massa da câmara não mudou!
Quanto pesa o universo?
Quanto pesa o universo, você pode tentar calcular determinando a massa dos quasares. Ao estudar galáxias vizinhas, os pesquisadores determinaram que existe uma correlação entre a massa do buraco negro e a galáxia. Normalmente, a massa de um buraco negro é uma pequena porcentagem da massa de um sistema estelar, variando de cerca de 0,14 por cento a 0,5 por cento. Se essa relação for verdadeira no início do Universo, a massa da Galáxia deve ser equivalente aos surpreendentes trilhões de massas solares nas estrelas. Sem mencionar sua matéria constituinte escura, que é de longe a parte mais massiva de todos os sistemas estelares. Ainda não é possível determinar a massa de outras Galáxias se elas existem no Universo moderno. Mas se as galáxias existem na faixa de massa prevista, então ela será detectada pela primeira vez nesta era.
O estudo da massividade da galáxia fornecerá informações sobre como ela cresce no universo. Seu crescimento é de cerca de 2.000 km por dia. Há uma cifra completamente improvável de que a massa da Galáxia está em algum lugar na casa da quinquagésima potência das toneladas. A luminosidade de quasares distantes e o peso do universo.
Por que existe uma correlação entre a massa de um buraco negro e uma galáxia? Qual é a relação entre o acúmulo de buracos negros e a formação de estrelas? Os pesquisadores calcularam que a luminosidade dos quasares depende da velocidade máxima do limite de Eddington. O limite de Eddington existe porque quanto mais rápido o buraco negro absorve o corpo, mais fricção e, portanto, mais luz é produzida no disco de acreção. Conforme a taxa de consumo de um buraco negro aumenta, a quantidade de energia de radiação emitida aumenta, o que por sua vez diminui a taxa de consumo. O limite de Eddington foi atingido.
O limite de Eddington é o valor máximo crítico da potência de radiação e luminosidade. Comprovada pelo astrofísico inglês Arthur Eddington como condição para o equilíbrio de empuxo, pressão e radiação. Luz adicional é emitida para fora, colocando pressão sobre o material em queda, retardando-o. Por mais contra-intuitivo que possa parecer, a luz na verdade exerce pressão sobre objetos com luz suficiente e equivale a um poder significativo.
Os cientistas formam alguns modelos convincentes sobre essas questões com relação ao papel dos buracos negros, mas não há consenso sobre o assunto. Se o quasar é um laboratório único para o estudo, então o buraco negro do quasar e a galáxia se desenvolvem juntos.
A luz de um quasar também pode ser usada para aprender sobre o universo de outras maneiras. O brilho permitirá aos pesquisadores sondar o ambiente intergaláctico como nunca antes. O meio intergaláctico é a distribuição de gás e poeira entre galáxias contendo hidrogênio, hélio e vários metais (em condições astrofísicas, todos os elementos de hélio acima são conhecidos como "metais"). A luz de um quasar deve viajar por tempo suficiente antes de chegar à Terra. Quando a luz viaja através do gás, alguns comprimentos de onda da luz penetram no gás melhor do que outros e alguns elementos bloqueiam certos comprimentos de onda. Por exemplo, estudando o espectro de um objeto e vendo que alguns comprimentos de onda estão faltando no espectro, os pesquisadores podem aprender sobre o conteúdo do gás. No entanto, o processo se torna mais difícil, especialmente em distâncias tão longas. Com uma luz mais fraca (mudança de potência), é mais difícil distinguir entre essas lacunas ou linhas no espectro.
O brilho do quasar fornecerá uma medição mais clara do ambiente intergaláctico. Tendo determinado o brilho do quasar, pode-se responder à pergunta: "Quanto pesa o Universo?" E também, como os metais no meio intergaláctico foram produzidos pela fusão dos núcleos das estrelas, as medições desses elementos podem ajudar os pesquisadores a aprender sobre os processos de formação de estrelas no Universo.
