Як світло впливає на Всесвіт?

Якщо світло, випромінюване, наприклад, зіркою, ця зірка втрачає енергію - що змушує її знижувати силу тяжіння. Потім ця енергія починає подорож протягом потенційно мільярдів років, поки не досягне якогось іншого об'єкта.

Коли це світло досягне поверхні, наприклад, іншої зірки чи галактики, воно передасть цю енергію зорі призначення у вигляді тепла. Це змушує приймач збільшувати свою енергію, в свою чергу відновлюючи свого роду баланс. Це також змушує приймач знову випромінювати хвилинну кількість світла, майже як відбиття.

Він також здійснюватиме тиск на приймальну поверхню, як тільки досягне місця призначення, будь то зірка, скеля чи що-небудь інше.

Але поки це світло подорожує космосом, його енергія "недоступна" для решти Всесвіту. Природно, я задаю таке питання:

Чи призведе світло до тяжкості, поки він подорожує?

Кожна окрема зірка випромінює світло у будь-який бік і врешті-решт дістанеться до кожної іншої зірки у Всесвіті. У будь-якій одній точці Всесвіту повинен бути нескінченний промінь світла, що надходить від кожної іншої зірки у Всесвіті, який має прямий шлях до цієї точки. З огляду на те, що всі зірки на небо посилають фотони, які досягають кожного квадратного сантиметра земної поверхні, величина тиску повинна складатись досить великою.

Чи справді кількість тиску незначна, враховуючи, що кожен атом на будь-якій поверхні отримує світло від кожного окремого джерела світла на небі?

На основі розрахунку, знайденого на http://solar-center.stanford.edu/FAQ/Qshrink.html, сонце протягом свого життя виділятиме 0,034% від загальної маси енергії. Якщо припустити, що Сонце є середнім, і що у Всесвіті близько 10 ^ 24 зірок, і всі ці зірки в середньому проходять на півдорозі, то повинна бути енергія, яка дорівнює гравітації приблизно 1,7 * 10 ^ 22 сонячних променів. по всьому Всесвіту.

Старе питання, але я торкнуся того, що не було підведено попередніми відповідями.

Фотони Photons (до першого порядку)$\simeq$

Як уже говорили інші: так, світло має енергію і, отже, воно тяжіє. Основна маса фотонів, що пронизують Всесвіт, не має зоряного походження, але насправді є космічним мікрохвильовим фоном, щільність енергії якого на кілька порядків більше, ніж інші фотони, як видно на графіку з цієї відповіді на " Числова щільність фотонів CMB " . За щільністю чисельності налічується 4-500 фотонів на см .$^3$

Простір великий і ізотропний

Оскільки фотони КМБ ізотропно розподілені, тиск радіації настільки малий у всіх напрямках дорівнює, і, отже, відміняється. І хоча ми весь час бомбардуємося як фотонами CMB, так і зоряними фотонами, простір настільки приголомшливо великий ( Д. Адамс, 1978 ), що якщо розглянути випадковий фотон у Всесвіті, ймовірність того, що він взагалі щось вдарить. незначно. Приблизно 90% фотонів КМБ проїхали 13,8 мільярдів років, нічого не потрапивши; решта 10% взаємодіяли з вільними електронами, які були вивільнені після реіонізації, але не були поглинені, просто поляризовані, і, безумовно, більшість цих взаємодій відбулися незабаром після реіонізації; на сьогоднішній день Всесвіт просто надто розширився.

Фотони змінені червоними

Хоча в фотонах є енергія, і, отже, вони додають гравітації, по-перше, вони однорідно розподілені у Всесвіті (і, таким чином, тягнеться однаково в усіх напрямках), по-друге, їх щільність енергії незначна порівняно з баріонами ("нормальна матерія" як газ, зірки та планети), темна матерія та темна енергія. Насправді їх відносна щільність - . Але це було не завжди так. У міру розширення Всесвіту та створення нового простору щільність речовини зменшується як , де1 / a 3 a a 1 / a $\{\rho_\mathrm{bar},\rho_\mathrm{DM},\rho_\mathrm{DE},\rho_\mathrm{phot}\}/\rho_\mathrm{total} = \{0.05,0.27,0.68,10^{-4}\}$$1/a^3$$a$- коефіцієнт масштабу ("розмір") Всесвіту. Те ж саме стосується фотонів, але оскільки додатково вони зміщені пропорційно пропорційно , їх щільність енергії зменшується на . Це означає, що по мірі повернення у часі відносний внесок фотонів у енергетичний бюджет збільшується, і фактично, поки Всесвіту не виповнилося 47 000 років, у його динаміці переважало випромінювання.$a$$1/a^4$

Так, світло тяжіє. Гравітаційний заряд - це енергія. Що ж, гравітація - це сила спіна-2, тому у вас дійсно є також імпульс і напруга, але вони аналогічні узагальненню електричного струму.

Загалом, все, що сприяє тензору напруги-енергії , матиме деякий гравітаційний ефект, і світло це робить, маючи як щільність енергії, так і тиск у напрямку поширення.

Але поки це світло подорожує космосом, його енергія "недоступна" для решти Всесвіту.

Не зовсім. Він все ще тяжіє. Однак епоха, що домінувала на радіації, була приблизно до 50 тис. Років після Великого вибуху, але це вже давно минуло. Сьогодні гравітаційний ефект випромінювання космологічно незначний. Ми живемо в перехідний період між епохами, в яких переважають матерія, і епохами, що домінують на темній енергії.

З огляду на те, що всі зірки на небо посилають фотони, які досягають кожного квадратного сантиметра земної поверхні, величина тиску повинна складатись досить великою.

Тиск світла на будь-якій поверхні пропорційний щільності світлової енергії, що падає на неї. Таким чином, ми можемо перевірити цю лінію міркувань безпосередньо, спостерігаючи, що небо вночі темне.

Чому вночі темно, напевно, заслуговує власне запитання (пор. Також парадокс Ольберса ), але цілком зрозуміло, що насправді це зовсім мало. Для справедливості нам слід перевірити більше, ніж видимий діапазон, але навіть так, небо досить темне. Таким чином, середній тиск світла дуже малий.

Ми маємо честь бути поруч зіркою, але навіть протягом дня світловий тиск через Сонце знаходиться на порядку мікропаскалів.

... повинна бути енергія, яка дорівнює гравітації приблизно 1,7 * 10 ^ 22 сонця, розподіленого по всьому Всесвіту.

І це крихітна сума. Як ви щойно сказали, це еквівалент приблизно 0,034% від загальної маси зірок у Всесвіті, що, в свою чергу, становить лише частину речовини у Всесвіті. То чому ви дивуєтесь, що його ефект незначний? Це буквально в тисячі разів менше, ніж невизначеність у вимірах кількості речовини у Всесвіті.

Світло викликає гравітацію під час подорожей, ясний "так", відомим Ейнштейнам рівняння маси та енергії . (Порівняйте цю дискусію на StackExchange .)

Гравітаційне тягнення світла незначно в порівнянні з іншою масою. Лише невелика частка маси зірки перетворюється на світло протягом свого життя, і лише невелика частина звичайної речовини коли-небудь була зіркою. Частка звичайної речовини (стандартної модельної частинки) складається з нейтрино (нейтрино та електрони - лептони). Баріонова речовина складається в основному з водню та деякого гелію (ядер), що утворюється незабаром після великого вибуху.

Невелика частка маси зірки складається з фотонів, що випливають із зірки. Ця подорож може зайняти мільйони років .

Вплив світла на астероїди не незначний, але це не тяжіння гравітації. Це в основному ефект YORP . Пил також впливає світло.