Ánh sáng ảnh hưởng đến vũ trụ như thế nào?

Khi ánh sáng được phát ra chẳng hạn như một ngôi sao, ngôi sao đó sẽ mất năng lượng - khiến nó giảm trọng lực. Sau đó, năng lượng đó bắt đầu một hành trình trong hàng tỷ năm tiềm năng, cho đến khi nó đến được một số vật thể khác.

Khi ánh sáng đó chiếu tới một bề mặt, chẳng hạn như một ngôi sao hoặc thiên hà khác, nó sẽ cung cấp năng lượng đó cho ngôi sao đích dưới dạng nhiệt. Điều này làm cho máy thu tăng năng lượng của nó, lần lượt khôi phục một loại cân bằng. Nó cũng làm cho máy thu phát ra một lượng ánh sáng nhiều hơn một lần nữa, gần giống như một sự phản chiếu.

Nó cũng sẽ gây áp lực lên bề mặt tiếp nhận khi đến đích, có thể là một ngôi sao, một tảng đá hoặc bất cứ thứ gì khác.

Nhưng trong khi ánh sáng đó truyền qua không gian, năng lượng của nó "không có sẵn" với phần còn lại của vũ trụ. Tự nhiên tôi hỏi câu hỏi sau:

Ánh sáng sẽ gây ra trọng lực, trong khi nó đang đi du lịch?

Mỗi ngôi sao phát ra ánh sáng theo mọi hướng, và cuối cùng sẽ đến mọi ngôi sao khác trong vũ trụ. Tại bất kỳ điểm nào trong vũ trụ, phải có một tia sáng liên tục đến từ mọi ngôi sao khác trong vũ trụ, có đường dẫn trực tiếp đến điểm đó. Cho rằng tất cả các ngôi sao trên bầu trời đang gửi các photon đạt tới từng centimet vuông trên bề mặt trái đất, lượng áp suất sẽ tổng cộng là khá lớn.

Là áp lực thực sự không đáng kể, cho rằng mỗi nguyên tử trên bất kỳ bề mặt nào đều nhận được ánh sáng từ mỗi nguồn sáng trên bầu trời?

Dựa trên một tính toán được tìm thấy tại http://solar-center.stanford.edu/FAQ/Qshrink.html mặt trời sẽ trong suốt vòng đời phát ra 0,034% tổng khối lượng của nó dưới dạng năng lượng. Giả sử mặt trời ở mức trung bình và có khoảng 10 ^ 24 ngôi sao trong vũ trụ và trung bình tất cả các ngôi sao này đều đi được một nửa vòng đời của chúng, cần có năng lượng với trọng lực khoảng 1,7 * 10 ^ 22 mặt trời phân bố khắp vũ trụ.

Câu hỏi cũ, nhưng tôi sẽ giải quyết điều gì đó chưa được đưa ra bởi các câu trả lời trước đó.

$\simeq$

$^3$

Không gian rộng lớn và đẳng hướng

Do các photon CMB được phân bố đẳng hướng, nên áp suất bức xạ cực kỳ nhỏ bằng nhau theo mọi hướng và do đó hủy bỏ. Và mặc dù tất cả chúng ta đều bị bắn phá bởi cả photon CMB và photon sao, không gian rất lớn ( D. Adams, 1978 ) đến nỗi nếu bạn xem xét một photon ngẫu nhiên trong Vũ trụ, thì xác suất nó chạm vào mọi thứ không đáng kể. Khoảng 90% các photon CMB đã di chuyển trong 13,8 tỷ năm mà không gặp phải bất cứ điều gì; 10% còn lại tương tác với các electron tự do được giải phóng sau khi tái hợp, nhưng không bị hấp thụ, chỉ bị phân cực và cho đến nay hầu hết các tương tác này diễn ra ngay sau khi tái hợp; đến bây giờ, Vũ trụ đã đơn giản mở rộng quá nhiều.

Photon được dịch chuyển đỏ

$\{\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$$a$$1/a^4$

Vâng, ánh sáng hấp dẫn. Điện tích hấp dẫn là năng lượng. Chà, trọng lực là một lực spin-2, vì vậy bạn cũng thực sự có động lượng và căng thẳng, nhưng chúng tương tự như một sự khái quát của dòng điện.

Nói chung, bất cứ thứ gì đóng góp vào tenxơ năng lượng ứng suất sẽ có một số hiệu ứng hấp dẫn và ánh sáng làm được điều đó, có cả mật độ năng lượng và tạo áp lực theo hướng truyền.

Nhưng trong khi ánh sáng đó truyền qua không gian, năng lượng của nó "không có sẵn" với phần còn lại của vũ trụ.

Không hẳn. Nó vẫn hấp dẫn. Tuy nhiên, kỷ nguyên thống trị bức xạ là trước khoảng 50 nghìn năm sau Vụ nổ lớn, nhưng nó đã qua quá lâu. Ngày nay, hiệu ứng hấp dẫn của bức xạ là không đáng kể về mặt vũ trụ. Chúng ta đang sống trong một quá trình chuyển đổi giữa các thời đại thống trị vật chất và năng lượng tối.

Cho rằng tất cả các ngôi sao trên bầu trời đang gửi các photon đạt tới từng centimet vuông trên bề mặt trái đất, lượng áp suất sẽ tổng cộng là khá lớn.

Áp suất ánh sáng trên bất kỳ bề mặt nào tỷ lệ thuận với sự cố mật độ năng lượng ánh sáng trên nó. Do đó chúng ta có thể kiểm tra trực tiếp dòng lý luận này bằng cách quan sát rằng bầu trời tối vào ban đêm.

Tại sao trời tối vào ban đêm có lẽ xứng đáng với câu hỏi của riêng nó (cũng là nghịch lý của Olbers ), nhưng rõ ràng là nó thực sự khá nhỏ. Để công bằng, chúng ta nên kiểm tra nhiều hơn phạm vi có thể nhìn thấy, nhưng ngay cả như vậy bầu trời khá tối. Do đó, trung bình, áp lực ánh sáng là rất nhỏ.

Chúng ta có đặc quyền gần gũi với một ngôi sao, nhưng ngay cả vào ban ngày, áp lực ánh sáng do Mặt trời cũng theo thứ tự của các vi hạt.

... nên có năng lượng lên tới trọng lực khoảng 1,7 * 10 ^ 22 mặt trời phân bố khắp vũ trụ.

Và đây là một số tiền nhỏ. Như bạn vừa nói, đây là tương đương với khoảng 0,034% tổng khối lượng các ngôi sao trong vũ trụ, lần lượt tạo thành nhưng một phần nhỏ của vật chất trong vũ trụ. Vậy tại sao bạn ngạc nhiên rằng tác dụng của nó là không đáng kể? Nó thực sự ít hơn hàng ngàn lần so với sự không chắc chắn trong các phép đo lượng vật chất trong vũ trụ.

Ánh sáng gây ra trọng lực khi đi du lịch, rõ ràng là có, bởi sự cân bằng năng lượng khối lượng nổi tiếng của Einstein . (So ​​sánh cuộc thảo luận này trên StackExchange .)

Lực hấp dẫn của ánh sáng không đáng kể so với khối lượng khác ở quy mô lớn. Chỉ một phần nhỏ khối lượng của một ngôi sao được chuyển thành ánh sáng trong suốt vòng đời của nó, và chỉ một phần nhỏ của vật chất thông thường đã từng là một ngôi sao. Một phần của vật chất thông thường (hạt mô hình chuẩn) bao gồm neutrino (neutrino và electron là lepton). Vật chất baryonic bao gồm chủ yếu là hydro và một số helium (hạt nhân) được hình thành ngay sau vụ nổ lớn.

Một phần nhỏ khối lượng của một ngôi sao bao gồm các photon, đi ra khỏi ngôi sao. Du lịch này có thể mất hàng triệu năm .

Ảnh hưởng của ánh sáng lên các tiểu hành tinh không đáng kể, nhưng nó không phải là lực hấp dẫn. Đó chủ yếu là hiệu ứng YORP . Bụi cũng bị ảnh hưởng bởi ánh sáng.