No pirmā acu uzmetiena jautājums par ēnas svaru šķiet muļķīgs. Pat ja ēnai ir kāds svars, tai jābūt tik mazai, lai to varētu izmērīt tikai ar mikrodaļiņu metodi. Pastāv arī cits jautājums, vai gaismai ir svars, jo tā vienā vai otrā veidā jebkuram objektam vajadzētu dot noteiktu svaru?
Abi šie jautājumi šķiet dīvaini, bet pietiekami interesanti, tāpēc es nolēmu tos izdomāt.
Vispirms atcerēsimies Pīteru Pannu, viņi saka, ka viņam bija dzīva ēna, taču tā bija tik nenozīmīga, ka šķita, ka tā sver tikai cigarešu dūmus. Pīters Pens, protams, bija izdomāts varonis, lai arī kvantu līmenī tam var nebūt nozīmes, un tā veidotājs Dž. Barijs, nebija pietiekami daudz zinātnisko zināšanu.
Patiešām, izmantojot vienu no atskaites ietvariem, mēs varam secināt, ka mūsu ēnas faktiski sver mazāk nekā nekas. Pirms četriem simtiem gadu astronoms Johanness Keplers pamanīja, ka komētas astes vienmēr ir vērstas prom no Saules, un secināja, ka saules stari rada spiedienu, kas daļiņas ved prom. 19. gadsimta beigās fiziķis Džeimss Klerks Maksvels formulēja vienādojumu gaismas spiediena aprēķināšanai, ko eksperimentāli apstiprināja 1903. gadā.
Es ceru, ka jūs saprotat, uz ko es nokļūstu. Ja jūs stāvat un saules stari krīt uz jums, jūs izveidojat samazināta spiediena zonu, pārklātu ar ēnu. Salīdzinot ar pārējo ainavu, jūsu ēna (vai precīzāk, apgabals, ko tā aptver) sver mazāk.
Cik mazāk? Nedaudz. Saules staru spiediens ir neticami mazs: mazāk nekā miljardā daļa Pa uz zemes virsmas. Citiem vārdiem sakot, vienas mārciņas gaismas intensitātes ievērošanai ēnā būtu nepieciešami vairāki miljoni cilvēku ēnas. Gaismas, kas pārsteidz Čikāgas pilsētu, kopējais stiprums ir aptuveni 1334N.
Tomēr ļoti mazs nenozīmē nesvarīgu. Lai Japānas kosmosa zonde Hayabusa 2005. gadā varētu tuvoties asteroīdam Itokawa, lidināties tam blakus un arī to nedetonēt vai ne sadurties ar to, tika ņemts vērā gaismas spiediens, kas vienāds ar 1 procentu no zondes motora vilces. Tas tika izdarīts ar neticamu precizitāti, tāpēc zonde spēja nolaisties uz asteroīda, savākt putekļu paraugus un atgriezties uz Zemes 2010. gada jūnijā.
Reklāmas video:
Vēl viens tikpat interesants objekts ir japāņu saules buru laiva IKAROS, zinātniskās fantastikas rakstnieku sapnis vismaz 50 gadu garumā, beidzot tika palaists klajā 2017. gadā. Ideja bija tāda, ka saules buru izmantošanai tika izmantots gaismas spiediens, saules vējš (vāja uzlādētu daļiņu straume, kas izplūst no saules korona) un kravas, lai to pārvietotu. Jūnijā IKAROS veiksmīgi pacēla savu burtu - 7,5 mikronu kvadrātveida īpaši plānu plēvi, kas aprīkota ar saules paneli, kas kalpo par enerģijas avotu. Jūlijā Japānas kosmosa aģentūra ziņoja, ka IKAROS uz priekšu dzen saules spiediens 1,12 mN, kas principā nav tik liels. Bet šo spēku rada saules stari, un tas ir bez maksas! Zinātnieki to ir izdarījuši vairāk nekā četru miljonu kilometru attālumā! Tas ir pelnījis cieņu.
2010. gadā Austrālijas Nacionālās universitātes pētnieki parādīja, ka gaismu var izmantot, lai paceltu sīkas daļiņas un pārvietotu tās 12 collu (30 cm) attālumā viena no otras. Viņi izdomāja, ka galu galā spēs darīt to pašu 10 pēdu augstumā 33 pēdas, kas arī nešķiet tik lieliski. Tomēr, ja sīkā daļiņa ir nāvējošs vīruss, dzīva šūna vai gāzes molekula, kuru nevar pārvietot citādi, jūs zināt, ko es domāju.
Tātad, vai jautājums par ēnas svaru ir stulbs? Kopumā jā. Tomēr, meklējot atbildi uz šo muļķīgo jautājumu, mēs speram nelielu, bet ļoti nozīmīgu soli, mēģinot saprast, kas ir salīdzinoši vieglais svars? Iepriekš šo jautājumu uzdeva Keplers, Maksvels, un tagad mēs esam.
Es atceros pieredzi no skolas fizikas stundām. Gaismas stars tika virzīts uz lāpstiņriteni, kura ziedlapiņas tika krāsotas pārmaiņus baltā un melnā krāsā. Gaismas ietekmē sāka griezties turbīna, kas skaidri pierādīja, ka gaismai ir impulss. Tas nozīmē, ka gaismas plūsma ir ne tikai viļņi, bet arī daļiņas-asinsķermenīši (tiem ir divējāds vai duāls raksturs). Attiecībā uz ēnas svaru šai vērtībai ir negatīva vērtība, jo vismazāko gaismas staru spiedienu uzņem ķermenis, kurš pārmeklē ēnu.
Notiek visa diskusija par jautājuma ēnu:
- Svars (fizikā) ir spēks, ar kuru ķermenis piespiež balstu. Parasti to sajauc ar masu, jo Zemes gravitācijas laukā svars ir proporcionāls masai, un proporcionalitātes koeficients (gravitācijas paātrinājums) praktiski nav mainīts. Arī rotējošā neinerciālā sistēmā (piemēram, rotējošā kosmosa stacijā) centrbēdzes spēks (un līdz ar to arī priekšmetu svars) būs proporcionāls to masai, bet proporcionalitātes koeficients būs atšķirīgs. Tagad par ēnu. Protams, tas nav objekts. Un viņai nav masas. Tomēr savā ziņā ēnai ir svars. Tikai viņš ir negatīvs! Galu galā ēna ir gaismas neesamība šķēršļa dēļ, kas stāvēja tā ceļā. Gaisma ir fotonu straume ar masu un ātrumu, un ar tiem impulsu. Ja fotoni lidotu, tie pārraidītu savus impulsus uz apgaismoto "balstu", nepārtraukti spiežot. Un spiedienslaukuma reizinājums ir spēks. Mēs varam pateikt gaismas svaru. Nu, ēna ir gan gaismas, gan tās "svara" neesamība. Tas ir, salīdzinot ar apgaismojumu, ēnai, šķiet, ir "negatīvs" svars, aptuveni kā "caurumam" (pusvadītājā ir negatīvi lādēts elektrons) "ir" pozitīva lādiņa.
- Kas ir absurds? Fotoniem nav masas, tiem ir impulss, un, ja jūs vadāt pēc formulas E = mc ^ 2, tad fotonam enerģija būs vienāda ar E = pc, jo fotoniem nav un nevar būt atpūtas masa. Tagad par negatīvo masu. Negatīvā masa hipotētiski pieder eksotisko vielu daļiņām. Un tas izpaužas faktā (neaizmirstiet, ka masa ir inerces mērs), ka, ja jūs "nospiežat" šo daļiņu, tā lidos otrā virzienā. Tam nav nekā kopīga ar šo jautājumu. Ja sekojat savai ielas loģikai, tad visu, kas šķiet, var saukt par negatīvu, taču tam ir kāds šķērslis. Viņus uzjautrināja arī tādi rupji pieņēmumi kā: impulss ir masa, un masa ir spēks, un spēks ir spiediens, un spiediens ir svars. Izmantojot šo pieeju, jūs varat pierādīt jebko. Tam pat ir nosaukums (neatceros),kad par pamatu (patiesību) tiek pieņemts kļūdains spriedums un no tā izriet vajadzīgais apgalvojums. Jūs varētu būt labs sazvērestības teorētiķis.
- Bez masas nav impulsa. Arī enerģija bez masas neeksistē. Par masu netika teikts ne vārda. Svars nav masa. Tas ir teikts no paša sākuma. Ēnas “svars” (savā ziņā) ir negatīvs. Nebija "masas" ēnas. Atstāt kaut ko kā kaut ko tieši pretī ir ērta, sena un plaši izmantota fizikā tradīcija. Es nejauši neatsaucos uz "caurumiem" (elektronu trūkums) pusvadītājos. Ir ērti tos uzskatīt (un tiek uzskatīti!) Par "lādiņu nesējiem" ar elektronu pakļautību, bet pretēju lādiņa zīmi. Tā kā es nestrādāju, lai iemācītu jums fizikas pamatus.
- Grūti ignorēt jautājumu, kura augšpusē ir principiāli nepareiza atbilde. Svars ir vektora fiziskais lielums, kas raksturo ķermeņa darbības spēku uz balstu. P = m * g. Ir redzams, ka svars var būt negatīvs, piemēram, ja ķermeņa blīvums ir mazāks par barotnes blīvumu (peldspējas spēks iedarbojas uz ķermeni). Negatīvs svars nenozīmē tā neesamību. Tagad nedaudz par to, kas ir ēna. Ēna ir optiska parādība, kas notiek dažādos apgaismojuma apstākļos. Un tas nenozīmē pilnīgu gaismas trūkumu. Vienkārši tā ir, ka viena virsma ir gaišāka (vairāk fotonu iesit un atstaro to), bet otra ir tumšāka (ēna). Mēs zinām, ka fotoniem nav masas (ja fotonam būtu masa, tad tā novirzei gravitācijas laukā būtu jābūt atkarīgai no tā frekvences, bet mēs to neievērojam, pēc visiem aprēķiniem tas pagaidām ir hromatisks),un tāpēc viņiem nav svara, bet viņiem ir enerģija un impulss. Tā kā fotoniem ir impulss, uz ķermeni krītošā gaisma uz to izdara spiedienu (gaismas kvantu teorija izskaidro gaismas spiedienu, ko rada fotonu impulsu pārnešana uz vielas atomiem vai molekulām), taču to nekādā veidā nevar identificēt ar svaru. Viss iepriekš minētais ir komentārs par Nekto atbildi. Faktiski ēnai nav svara, jo tā ir tikai optiska parādība, piemēram, benzīna pārplūšana (iejaukšanās plānās kārtiņās) vai jūsu atspulgs ūdenī.bet to nekādā veidā nevar identificēt ar svaru. Viss iepriekš minētais ir komentārs par Nekto atbildi. Faktiski ēnai nav svara, jo tā ir tikai optiska parādība, piemēram, benzīna pārplūšana (iejaukšanās plānās kārtiņās) vai jūsu atspulgs ūdenī.bet to nekādā veidā nevar identificēt ar svaru. Viss iepriekš minētais ir komentārs par Nekto atbildi. Faktiski ēnai nav svara, jo tā ir tikai optiska parādība, piemēram, benzīna pārplūšana (iejaukšanās plānās kārtiņās) vai jūsu atspulgs ūdenī.
- Vai frekvences neatkarība kaut ko pierāda? Klasiskajā mehānikā arī gaismas leņķiskā novirze nav atkarīga no frekvences (deltaV / c) = (2 * G * M) / (R * c2). SRT tas būs (deltaV / c) = (4 * G * M) / (R * c2), tas ir, divreiz vairāk, bet atkarības netiek pievienotas / pievienotas. Es šaubos, vai jebkurš sistēmas parametrs var izzust no terminoloģijas izmaiņām. Tas ir, gaismas svaram nevajadzētu nekur iet. Iespējams, ka tas būs kaut kā jādefinē, taču nevajadzētu būt tā, ka vecajā versijā tas nebija nulle, bet jaunajā - nulle. Turklāt ir kāds impulss.
Cik daudz ir gaisma? Cik vien viņa enerģijas
Fotoniem, gaismas daļiņām, nav atpūtas masas un tie pastāv tikai kustībā ar gaismas ātrumu. Tāpēc vienu fotonu nevar nosvērt. Tomēr jebkura kuģa sienas izstaro termisko starojumu, piepildot iekšējo tilpumu ar fotoniem. Viņi pārvietojas nejauši visos virzienos, un to vidējais ātrums ir nulle. Kā saka fiziķi, fotonu gāzei ir masa, kas atbilst tās enerģijai (E = mc2), un principā to var nosvērt. Piemēram, siltuma starojums litra tvertnes iekšpusē sver apmēram vienu oglekļa atomu. Apstarojuma masa strauji pieaug līdz ar temperatūru, bet tikai miljarda grādos blīvums būs vienāds ar vielu, pie kuras esam pieraduši. Turklāt šis starojums pats par sevi vairs nebūs parasts gaisma, bet gan ciets rentgena starojums.
To ir viegli uzzināt. Mēs skrienam uz virtuvi, paņemam elektronisku skalu un, ap pusdienlaiku, uzstādām to tieši perpendikulāri saules gaismai. Pieņemot, ka mēs esam tīri un visa gaisma ir pilnībā atspoguļota no zvīņotās svaru virsmas, mēs no ru.wikipedia.org tabulas ņemam Saules spiediena skaitlisko vērtību pie pilnīgas atstarošanās (9,08 mikroNewtons uz kvadrātmetru) un reizinām ar mūsu svaru darba virsmas laukumu (~ 0,11 kvadrātmetri).). Mēs iegūstam ~ 100 nanoNewtons, Saules vēja spiediena spēku uz svariem. Mēs to pārveidojam visiem zināmajās vienībās (kilogramos), rezultātu dalot ar smaguma paātrinājumu (9,8 m / s ^ 2). Vai tas ir rezultāts, ko mēs redzētu mūsu virtuves mērogā, kas sver saules gaismu, ~ 10 nanogramus?
Pretēji diezgan izplatītam viedoklim, ir gaismas masas analogs, un tas ir diezgan fiziski nozīmīgs. Veiksim domu eksperimentu. Teiksim, ka jums ir kamera ar spoguļattēlu, absolūti atstarojošām iekšējām sienām un precīzi zināmu masu. Un tagad ļaujiet īsam laikam caur caurumu tajā ienest spēcīgu kāda lāzera staru, pēc kura caurums aizveras. Gaisma atrodas kamerā, ceļot no sienas uz sienu.
Tātad, ja būtu iespējama ļoti precīza mērīšana, tiktu atklāts, ka kameras masa ar iekšpusē ieslodzīto gaismu būtu palielinājusies. Jo īpaši tas kļūs smagāks. Un viņas inerce pieaugs. Un smagums (!). Tradicionāli visas šīs īpašības tiek attiecinātas tieši uz masu.
Formālais pierādījums ir vismaz šāds: ļaujiet elektroniem un pozitroniem kādu laiku atrasties kamerā; Protams, tie palielina kopējo masu. Drīz pēc tam viņi visi iznīcinās - un mums ir kamera ar gamma kvantām. Ir skaidrs, ka kameras masa nav mainījusies!
Cik sver Visums?
Cik sver Visums, varat mēģināt aprēķināt, nosakot kvazāru masu. Pētot kaimiņu galaktikas, pētnieki ir noskaidrojuši, ka pastāv korelācija starp melnā cauruma masu un galaktiku. Parasti melnā cauruma masa ir maza procentuālā daļa no zvaigžņu sistēmas masas, sākot no aptuveni 0,14 procentiem līdz 0,5 procentiem. Ja šīs attiecības ir patiesas agrīnajā Visumā, Galaktikas masai jābūt līdzvērtīgai satriecošiem triljoniem saules masu zvaigznēs. Nemaz nerunājot par tās tumšo sastāvdaļu, kas ir līdz šim masveidīgākā katras zvaigžņu sistēmas sastāvdaļa. Pagaidām nav iespējams noteikt citu galaktiku masu, ja tās eksistē mūsdienu Visumā. Bet, ja galaktikas eksistē paredzētajā masu diapazonā, tad vispirms tās tiks atklātas šajā laikmetā.
Pētot galaktikas masīvumu, iegūsit informāciju par to, kā tā aug Visumā. Tās izaugsme ir aptuveni 2000 km dienā. Ir pilnīgi neapstrīdams skaitlis, ka Galaktikas masa ir kaut kur piecdesmitajā tonnu jaudā. Tālo kvazāru spožums un Visuma svars.
Kāpēc pastāv korelācija starp melnā cauruma masu un galaktiku? Kāda ir saistība starp melnā cauruma veidošanos un zvaigžņu veidošanos? Pētnieki aprēķināja, ka kvazāru spožums ir atkarīgs no maksimālā ātruma uz Eddington robežu. Eddington robeža pastāv tāpēc, ka jo ātrāk melnais caurums absorbē ķermeni, jo lielāka ir berze, un tāpēc akrācijas diskā tiek radīts vairāk gaismas. Palielinoties melnā cauruma patēriņa līmenim, palielinās izstarotās enerģijas daudzums, kas savukārt palēnina patēriņa ātrumu. Eddington robeža ir sasniegta.
Eddington robeža ir starojuma jaudas un gaismas kritiskā maksimālā vērtība. To ir pierādījis angļu astrofiziķis Artūrs Eddingtons kā nosacījums vilces, spiediena un starojuma līdzsvaram. Papildu gaisma tiek izstarota uz āru, radot spiedienu uz krītošo materiālu, palēninot to. Lai arī kā pretintuitīvs varētu šķist, gaisma faktiski izdara spiedienu uz objektiem pietiekamā apgaismojumā un ir pielīdzināma ievērojamai jaudai.
Zinātnieki veido dažus pārliecinošus modeļus šādos jautājumos attiecībā uz melno caurumu lomu, taču šajā jautājumā nav vienprātības. Ja kvazārs ir unikāla pētījuma laboratorija, tad kvazārā melnais caurums un galaktika attīstās kopā.
Kvaāra gaismu var izmantot arī citos veidos, lai uzzinātu par Visumu. Spilgtums ļaus pētniekiem izzināt starpgalaktisko vidi kā vēl nekad. Starpgalaktiskā vide ir gāzu un putekļu sadalījums starp galaktikām, kas satur ūdeņradi, hēliju un dažādus metālus (astrofiziskos apstākļos visus iepriekš minētos hēlija elementus sauc par "metāliem"). Gaismai no kvazāra jābrauc pietiekami ilgi, pirms tā sasniedz Zemi. Kad gaisma pārvietojas caur gāzi, daži gaismas viļņu garumi labāk iekļūst gāzē nekā citi, un daži elementi bloķē noteiktus viļņu garumus. Piemēram, pētot objekta spektru un redzot, ka spektram trūkst dažu viļņu garumu, pētnieki var uzzināt par gāzes saturu. Tomēr process kļūst grūtāks, jo īpaši tik lielos attālumos. Ar tuvākas (jaudas maiņas) gaismu ir grūtāk atšķirt šīs spraugas vai līnijas spektrā.
Kvazara spilgtums nodrošinās skaidrāku starpgalaktiskās vides mērījumu. Pēc kvazāra spilgtuma noteikšanas var atbildēt uz jautājumu: "Cik sver Visums?" Un arī, tā kā metāli starpgalaktiskajā vidē tika iegūti, apvienojot zvaigžņu kodolus, šo elementu mērījumi var palīdzēt pētniekiem uzzināt par zvaigžņu veidošanās procesiem Visumā.