Sekilas, pertanyaan tentang bobot bayangan itu tampak konyol. Bahkan jika bayangan itu memiliki berat, itu harus sangat kecil sehingga hanya dapat diukur dengan teknik mikropartikel. Ada juga pertanyaan lain, apakah cahaya itu berbobot, karena dengan satu atau lain cara, harus memberi bobot tertentu pada suatu benda?
Kedua pertanyaan ini tampak aneh, tetapi cukup menarik, jadi saya memutuskan untuk mencari tahu.
Mari kita ingat Peter Pan dulu, mereka mengatakan dia memiliki bayangan hidup, tetapi itu sangat tidak signifikan sehingga beratnya tidak lebih dari asap rokok. Peter Pan, tentu saja, adalah karakter fiksi, meskipun pada tingkat kuantum mungkin tidak masalah, dan penciptanya, J. M. Barry, tidak memiliki pengetahuan ilmiah yang cukup.
Memang, dengan menggunakan salah satu kerangka acuan, kita dapat menyimpulkan bahwa bayangan kita sebenarnya lebih ringan daripada tidak sama sekali. Empat ratus tahun yang lalu, astronom Johannes Kepler memperhatikan bahwa ekor komet selalu menjauhi Matahari, dan menyimpulkan bahwa sinar matahari memberikan tekanan yang membawa partikel menjauh. Pada akhir abad ke-19, fisikawan James Clerk Maxwell merumuskan persamaan untuk menghitung tekanan cahaya, yang dikonfirmasi secara eksperimental pada tahun 1903.
Saya harap Anda mengerti apa yang saya maksud. Jika Anda berdiri dan sinar matahari menyinari Anda, Anda menciptakan zona tekanan rendah, yang ditutupi bayangan. Dibandingkan dengan bentang alam lainnya, bayangan Anda (atau lebih tepatnya, area yang dicakupnya) lebih ringan.
Seberapa kurang? Tidak banyak. Tekanan sinar matahari sangat kecil: kurang dari satu miliar Pa di permukaan bumi. Dengan kata lain, dibutuhkan beberapa juta bayangan manusia untuk menjelaskan satu pon intensitas cahaya dalam bayangan. Cahaya yang menerangi kota Chicago memiliki kekuatan total sekitar 1334N.
Namun, sangat kecil bukan berarti tidak penting. Agar pesawat luar angkasa Jepang Hayabusa dapat mendekati asteroid Itokawa pada tahun 2005, melayang di sampingnya, dan juga tidak meledakkannya atau bertabrakan dengannya, tekanan ringan yang setara dengan 1 persen dari daya dorong mesin pesawat itu diperhitungkan. Ini dilakukan dengan ketelitian yang luar biasa, sehingga wahana itu dapat mendarat di asteroid, mengumpulkan sampel debu, dan kembali ke Bumi pada Juni 2010.
Video promosi:
Objek lain yang tak kalah menarik adalah IKAROS perahu layar surya Jepang, impian penulis fiksi ilmiah selama minimal 50 tahun, akhirnya diluncurkan pada 2017. Idenya adalah bahwa layar surya menggunakan tekanan cahaya, angin matahari (aliran lemah partikel bermuatan yang berasal dari korona matahari) dan muatan untuk pergerakannya. Pada bulan Juni, IKAROS berhasil mengangkat layarnya, sebuah film ultra tipis berukuran 7,5 mikron persegi, dilengkapi dengan panel surya yang berfungsi sebagai sumber tenaga. Pada bulan Juli, badan antariksa Jepang melaporkan bahwa IKAROS didorong ke depan oleh tekanan matahari sebesar 1,12 mN, yang pada prinsipnya tidak terlalu besar. Tetapi kekuatan ini dihasilkan oleh sinar matahari, dan gratis! Para ilmuwan telah melakukan ini pada jarak lebih dari empat juta kilometer! Itu pantas dihormati.
Pada 2010, para peneliti di Australian National University menunjukkan bahwa cahaya dapat digunakan untuk mengangkat partikel kecil dan memisahkannya sejauh 12 inci (30 cm). Mereka mengira mereka pada akhirnya akan dapat melakukan hal yang sama pada 33 kaki (10 meter), yang juga tampaknya tidak terlalu bagus. Namun, jika partikel kecil adalah virus yang mematikan, sel hidup atau molekul gas yang tidak dapat dipindahkan dengan cara lain … Anda tahu apa yang saya maksud.
Jadi, apakah pertanyaan tentang bobot bayangan itu bodoh? Secara umum, ya. Namun, dalam mencari jawaban atas pertanyaan bodoh ini, kami mengambil langkah kecil namun sangat signifikan, mencoba memahami apa yang relatif ringan? Sebelumnya pertanyaan ini diajukan oleh Kepler, Maxwell, dan sekarang kami.
Saya ingat pengalaman dari pelajaran fisika sekolah. Sorotan cahaya diarahkan ke impeler, yang kelopaknya dicat putih dan hitam secara bergantian. Di bawah pengaruh cahaya, turbin mulai berputar, yang dengan jelas membuktikan bahwa cahaya memiliki dorongan. Artinya fluks bercahaya tidak hanya gelombang, tetapi juga partikel-sel darah (bersifat ganda atau ganda). Sedangkan untuk bobot bayangan, nilai ini memiliki nilai negatif karena tekanan sekecil apapun dari sinar cahaya diambil oleh tubuh yang menyaring bayangan.
Ada diskusi lengkap tentang shadow di Тhequestion:
- Berat (dalam fisika) adalah gaya yang digunakan tubuh untuk menekan penyangga. Ini biasanya membingungkan dengan massa, karena dalam medan gravitasi bumi, berat sebanding dengan massa, dan koefisien proporsionalitas (percepatan jatuh bebas) praktis tidak berubah. Juga dalam sistem non-inersia yang berputar (misalnya, dalam stasiun ruang angkasa yang berputar) gaya sentrifugal (dan dengan itu berat benda) akan sebanding dengan massanya, tetapi koefisien proporsionalitas akan berbeda. Sekarang tentang bayangan. Tentu saja itu bukanlah sebuah obyek. Dan dia tidak memiliki massa. Namun, dalam arti tertentu, bayangan itu memiliki bobot. Hanya dia yang negatif! Bagaimanapun, bayangan adalah ketiadaan cahaya karena hambatan yang menghalangi jalannya. Cahaya adalah aliran foton dengan massa dan kecepatan, beserta momentumnya. Jika foton terbang, mereka akan mengirimkan impuls mereka ke "penyangga" yang diterangi, memberikan tekanan terus menerus. Dan tekanannyaarea yang dikalikan adalah kekuatan. Kita bisa mengatakan bobot cahaya. Nah, bayangan itu adalah ketiadaan cahaya dan "bobot" nya. Artinya, dibandingkan dengan pencahayaan, bayangan tampaknya memiliki berat "negatif", kira-kira seperti "lubang" (kekurangan elektron bermuatan negatif dalam semikonduktor) "memiliki" muatan positif.
- Apa yang tidak masuk akal? Foton tidak memiliki massa, memiliki momentum, dan jika Anda dipandu oleh rumus E = mc ^ 2, maka untuk foton energinya akan sama dengan E = pc, karena foton tidak dan tidak dapat memiliki massa diam. Sekarang tentang massa negatif. Massa negatif, secara hipotetis, dimiliki oleh partikel materi eksotik. Dan ini diwujudkan dalam fakta (jangan lupa bahwa massa adalah ukuran inersia) bahwa jika Anda "mendorong" partikel ini, ia akan terbang ke arah lain. Ini tidak ada hubungannya dengan masalah ini. Jika Anda mengikuti logika jalanan Anda, maka segala sesuatu yang nampaknya bisa disebut negatif, tetapi ada beberapa kendala untuk ini. Mereka juga terhibur dengan asumsi kasar seperti: momentum adalah massa, dan massa adalah gaya, dan gaya adalah tekanan, dan tekanan adalah berat. Dengan pendekatan ini, Anda bisa membuktikan apa saja. Bahkan ada nama untuk ini (saya tidak ingat),ketika penilaian palsu diambil sebagai dasar (kebenaran) dan pernyataan yang dibutuhkan berasal darinya. Anda bisa menjadi ahli teori konspirasi yang baik.
- Tidak ada impuls tanpa massa. Energi tanpa massa juga tidak ada. Tidak ada sepatah kata pun yang dikatakan tentang misa itu. Berat bukanlah massa. Ini telah dikatakan sejak awal. "Bobot" bayangan itu negatif (dalam arti tertentu). Tidak ada bayangan "massa". Mewakili ketiadaan sesuatu sebagai kehadiran sesuatu yang berlawanan langsung adalah tradisi yang nyaman, sudah lama ada dan banyak digunakan dalam fisika. Saya tidak secara tidak sengaja mengacu pada "lubang" (kekurangan elektron) dalam semikonduktor. Lebih mudah untuk menganggap mereka (dan dianggap!) Sebagai "pembawa muatan" dengan subformitas elektron, tetapi bertanda berlawanan dengan muatan. Karena saya tidak bekerja untuk mengajari Anda dasar-dasar fisika.
- Sulit untuk mengabaikan pertanyaan dengan jawaban yang salah secara fundamental tergantung di atas. Berat adalah besaran fisik vektor yang mencirikan gaya aksi suatu benda pada penyangga. P = m * g. Terlihat bahwa beratnya bisa negatif, misalnya jika massa jenis lebih kecil dari massa jenis medium (gaya apung bekerja pada benda). Bobot negatif bukan berarti tidak ada. Sekarang sedikit tentang apa itu bayangan. Bayangan adalah fenomena optik yang terjadi dalam kondisi pencahayaan yang berbeda. Dan ini tidak berarti sama sekali tidak adanya cahaya. Hanya saja satu permukaan lebih terang (lebih banyak foton yang mengenai dan memantulkannya), dan yang lainnya lebih redup (bayangan). Kita tahu bahwa foton tidak memiliki massa (jika foton memiliki massa, maka defleksinya dalam medan gravitasi harus bergantung pada frekuensinya, tetapi kita tidak mengamati ini, menurut semua perhitungan, sejauh ini foton adalah achromatic),dan karena itu tidak memiliki bobot, tetapi memiliki energi dan momentum. Karena foton memiliki momentum, cahaya yang jatuh pada suatu benda memberikan tekanan padanya (teori cahaya kuantum menjelaskan tekanan cahaya sebagai hasil dari transfer momentum oleh foton ke atom atau molekul materi), tetapi tidak dapat diidentifikasi dengan berat dengan cara apa pun. Semua hal di atas merupakan komentar atas jawaban Nekto. Padahal, bayangan itu tidak berbobot, karena hanya fenomena optik, seperti meluapnya bensin (gangguan pada lapisan tipis) atau pantulan Anda di air.tetapi itu tidak dapat diidentifikasi dengan berat dengan cara apa pun. Semua hal di atas merupakan komentar atas jawaban Nekto. Padahal, bayangan itu tidak berbobot, karena hanya fenomena optik, seperti meluapnya bensin (gangguan pada lapisan tipis) atau pantulan Anda di air.tetapi itu tidak dapat diidentifikasi dengan berat dengan cara apa pun. Semua hal di atas merupakan komentar atas jawaban Nekto. Padahal, bayangan itu tidak berbobot, karena hanya fenomena optik, seperti meluapnya bensin (gangguan pada lapisan tipis) atau pantulan Anda di air.
- Apakah independensi frekuensi membuktikan sesuatu? Dalam mekanika klasik, defleksi sudut cahaya juga tidak bergantung pada frekuensi (deltaV / c) = (2 * G * M) / (R * c2). Dalam SRT akan ada (deltaV / c) = (4 * G * M) / (R * c2), yaitu dua kali lebih banyak, tetapi tidak ada dependensi yang ditambahkan / ditambahkan. Saya ragu bahwa parameter sistem apa pun dapat hilang dari perubahan terminologi. Artinya, bobot cahayanya tidak boleh kemana-mana. Ini mungkin perlu didefinisikan ulang entah bagaimana, tetapi tidak seharusnya di versi lama itu bukan nol, dan di versi baru itu nol. Apalagi ada dorongan hati.
BERAPA BERAT CAHAYA? Sebanyak energinya
Foton, partikel cahaya, tidak memiliki massa diam dan hanya ada dalam gerakan dengan kecepatan cahaya. Oleh karena itu, satu foton tidak dapat ditimbang. Namun, dinding bejana memancarkan radiasi termal, mengisi volume bagian dalam dengan foton. Mereka bergerak secara acak ke segala arah, dan kecepatan rata-rata mereka adalah nol. Seperti yang dikatakan fisikawan, gas foton memiliki massa yang sesuai dengan energinya (E = mc2), dan pada prinsipnya dapat ditimbang. Misalnya, radiasi panas di dalam wadah liter memiliki berat sekitar satu atom karbon. Massa radiasi tumbuh pesat dengan suhu, tetapi hanya pada satu miliar derajat kepadatannya sama dengan zat yang biasa kita kenal. Selain itu, radiasi ini sendiri tidak lagi menjadi cahaya biasa, tetapi sinar-X yang keras.
Mudah untuk mengetahuinya. Kami berlari ke dapur, mengambil timbangan elektronik dan, sekitar tengah hari, mengaturnya langsung tegak lurus dengan sinar matahari. Dengan asumsi bahwa kita bersih dan semua cahaya dipantulkan sepenuhnya dari permukaan timbangan yang mengkilap, kita mengambil dari tabel ru.wikipedia.org nilai numerik tekanan Matahari pada pantulan penuh (9,08 mikroNewton per meter persegi) dan dikalikan dengan luas permukaan kerja bobot kita (~ 0,11 meter persegi). Kami mendapatkan ~ 100 nanoNewtons, kekuatan tekanan angin matahari pada timbangan. Kami menerjemahkannya ke dalam satuan yang diketahui semua (kilogram), membagi hasilnya dengan percepatan gravitasi (9,8 m / s ^ 2). Apakah ini hasil yang akan kita lihat pada skala dapur kita, dengan berat sinar matahari, ~ 10 nanogram?
Berlawanan dengan pendapat yang cukup umum, ada analogi massa cahaya, dan ini cukup bermakna secara fisik. Mari membuat eksperimen pikiran. Katakanlah Anda memiliki ruangan dengan cermin, dinding bagian dalam yang benar-benar reflektif dan massa yang diketahui dengan tepat. Dan sekarang biarkan seberkas sinar laser yang kuat memasukinya untuk waktu yang singkat melalui lubang, segera setelah itu lubang itu menutup. Cahaya ada di dalam ruangan, bergerak ke sana dari dinding ke dinding.
Jadi, jika ada kemungkinan pengukuran ultra-presisi, akan ditemukan bahwa massa ruangan dengan cahaya yang terperangkap di dalamnya akan meningkat. Secara khusus, itu akan menjadi lebih berat. Dan kelembamannya akan tumbuh. Dan gravitasi (!). Secara tradisional, semua properti ini dikaitkan secara khusus dengan massa.
Bukti formal setidaknya adalah ini: biarkan elektron dan positron berada di dalam ruangan untuk beberapa waktu; Secara alami, mereka meningkatkan massa total. Segera setelah itu, mereka semua musnah - dan kami memiliki kamera dengan gamma quanta. Jelas, massa ruangan tidak berubah!
Berapa berat alam semesta?
Berapa berat alam semesta, Anda dapat mencoba menghitung dengan menentukan massa quasar. Dengan mempelajari galaksi tetangga, para peneliti telah menentukan bahwa ada korelasi antara massa lubang hitam dan galaksi. Biasanya, massa lubang hitam adalah persentase kecil dari massa sistem bintang, berkisar antara 0,14 persen hingga 0,5 persen. Jika hubungan ini benar di alam semesta awal, massa galaksi seharusnya setara dengan triliunan massa matahari di bintang. Belum lagi materi penyusun gelapnya, yang sejauh ini merupakan bagian paling masif dari setiap sistem bintang. Massa galaksi lain belum dapat ditentukan jika mereka ada di alam semesta modern. Tetapi jika galaksi memang ada dalam rentang massa yang diprediksi, maka galaksi itu akan terdeteksi pertama kali di era ini.
Mempelajari masif galaksi akan memberikan informasi tentang bagaimana ia tumbuh di alam semesta. Pertumbuhannya sekitar 2000 km per hari. Ada angka yang sama sekali tidak dapat dibuktikan bahwa massa galaksi berada di suatu tempat dalam pangkat lima puluh ton. Luminositas quasar jauh dan bobot alam semesta.
Mengapa ada korelasi antara massa lubang hitam dan galaksi? Apa hubungan antara akresi lubang hitam dan pembentukan bintang? Para peneliti menghitung bahwa luminositas quasar bergantung pada kecepatan maksimum pada batas Eddington. Batas Eddington ada karena semakin cepat lubang hitam menyerap tubuh, semakin banyak gesekan, dan karena itu lebih banyak cahaya yang dihasilkan di piringan akresi. Saat tingkat konsumsi lubang hitam meningkat, jumlah energi radiasi yang dipancarkan meningkat, yang pada akhirnya memperlambat tingkat konsumsi. Batas Eddington tercapai.
Batas Eddington adalah nilai maksimum kritis dari daya radiasi dan luminositas. Dibuktikan oleh astrofisikawan Inggris Arthur Eddington sebagai syarat keseimbangan gaya dorong, tekanan, dan radiasi. Cahaya tambahan dipancarkan ke luar, memberi tekanan pada material yang jatuh, memperlambatnya. Meski tampak berlawanan dengan intuisi, cahaya sebenarnya memberikan tekanan pada objek dalam cahaya yang cukup dan setara dengan kekuatan yang signifikan.
Para ilmuwan membentuk beberapa model yang meyakinkan atas pertanyaan-pertanyaan semacam itu mengenai peran lubang hitam, tetapi tidak ada konsensus tentang masalah ini. Jika quasar adalah laboratorium unik untuk studi tersebut, maka lubang hitam quasar dan galaksi - berkembang bersama.
Cahaya dari quasar juga dapat digunakan untuk mempelajari alam semesta dengan cara lain. Kecerahan tersebut akan memungkinkan para peneliti untuk menyelidiki lingkungan antar galaksi tidak seperti sebelumnya. Media intergalaksi adalah sebaran gas dan debu antara galaksi yang mengandung hidrogen, helium, dan berbagai logam (dalam kondisi astrofisika, semua unsur helium di atas dikenal sebagai "logam"). Cahaya dari quasar harus berjalan cukup lama sebelum mencapai Bumi. Ketika cahaya merambat melalui gas, beberapa panjang gelombang cahaya menembus gas lebih baik daripada yang lain, dan beberapa elemen memblokir panjang gelombang tertentu. Misalnya, dengan mempelajari spektrum dari suatu objek dan melihat bahwa beberapa panjang gelombang hilang dari spektrum, peneliti dapat mempelajari tentang kandungan gas. Namun, prosesnya menjadi lebih sulit, terutama pada jarak yang jauh. Dengan lampu redup (perubahan daya), akan lebih sulit untuk membedakan antara celah atau garis ini dalam spektrum.
Kecerahan quasar akan memberikan pengukuran lingkungan antargalaksi yang lebih jelas. Setelah menentukan kecerahan quasar, seseorang dapat menjawab pertanyaan: "Berapa berat Semesta?" Dan juga, karena logam dalam medium antargalaksi dihasilkan dengan menggabungkan inti bintang, pengukuran unsur-unsur ini dapat membantu para peneliti mempelajari proses pembentukan bintang di alam semesta.
