Как свет влияет на вселенную?

Когда свет испускается, например, звездой, эта звезда теряет энергию - что заставляет ее уменьшать гравитацию. Затем эта энергия начинает путешествие на миллиарды лет, пока не достигнет какого-то другого объекта.

Когда этот свет достигает поверхности, такой как другая звезда или галактика, он передаст эту энергию звезде назначения в виде тепла. Это заставляет приемник увеличивать свою энергию, в свою очередь восстанавливая своего рода баланс. Это также заставляет приемник снова излучать небольшое количество света, почти как отражение.

Он также будет оказывать давление на принимающую поверхность, как только достигнет пункта назначения, будь то звезда, камень или что-то еще.

Но пока этот свет путешествует в пространстве, его энергия «недоступна» для остальной части вселенной. Естественно, я задаю следующий вопрос:

Будет ли свет вызывать гравитацию во время путешествия?

Каждая отдельная звезда излучает свет во всех направлениях и в конечном итоге достигнет любой другой звезды во вселенной. В любой отдельной точке вселенной должен быть непрерывный луч света, исходящий от каждой другой звезды во вселенной, который имеет прямой путь к этой точке. Учитывая, что все звезды на небе посылают фотоны, которые достигают каждого квадратного сантиметра земной поверхности, величина давления должна быть достаточно большой.

Действительно ли величина давления незначительна, учитывая, что каждый атом на любой поверхности получает свет от каждого источника света на небе?

Основываясь на расчете, найденном по адресу http://solar-center.stanford.edu/FAQ/Qshrink.html, солнце в течение своей жизни будет излучать 0,034% от общей массы в виде энергии. Предполагая, что Солнце среднее, и что во Вселенной около 10 ^ 24 звезд, и все эти звезды в среднем находятся на полпути в течение своей жизни, должна быть энергия, равная гравитации около 1,7 * 10 ^ 22 солнц. по всей вселенной.

Старый вопрос, но я остановлюсь на том, что не было затронуто предыдущими ответами.

Фотоны CMB фотоны (в первом порядке)$\simeq$

Как уже говорили другие: да, у света есть энергия и, следовательно, он притягивается. Однако большая часть фотонов, которые пронизывают Вселенную, не имеет звездного происхождения, но на самом деле является космическим микроволновым фоном, плотность энергии которого на несколько порядков больше, чем у других фотонов, как видно на графике из этого ответа на " Числовая плотность фотонов CMB » . С точки зрения плотности числа, есть 4-500 фотонов на см .$^3$

Пространство большое и изотропное

Поскольку фотоны CMB распределены изотропно, очень малое давление излучения одинаково во всех направлениях и, следовательно, компенсируется. И хотя мы все время бомбардируемы как фотонами CMB, так и звездными фотонами, пространство настолько ошеломляюще велико ( D. Adams, 1978 ), что если вы рассмотрите случайный фотон во Вселенной, вероятность того, что он ударит по чему-либо вообще незначительно. Примерно 90% фотонов CMB путешествовали в течение 13,8 миллиардов лет, не ударяя ни о чем; оставшиеся 10% взаимодействовали со свободными электронами, которые высвободились после реионизации, но не были поглощены, просто поляризованы, и большая часть этих взаимодействий произошла вскоре после реионизации; к настоящему времени Вселенная просто расширилась слишком сильно.

Фотоны красного смещения

Хотя в фотонах есть энергия, и, следовательно, они добавляют гравитации, во-первых, они равномерно распределены во Вселенной (и, следовательно, тянут одинаково во всех направлениях), а во-вторых, их плотность энергии незначительна по сравнению с барионами («нормальное вещество»). как газ, звезды и планеты), темная материя и темная энергия. На самом деле их относительные плотности: . Но это было не всегда так. Поскольку Вселенная расширяется и создается новое пространство, плотность вещества убывает как , где1 / 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$масштабный коэффициент («размер») Вселенной. То же самое верно для фотонов, но, поскольку они дополнительно смещены в красную сторону пропорционально , их плотность энергии уменьшается как . Это означает, что с течением времени относительный вклад фотонов в энергетический баланс увеличивается, и фактически, пока Вселенной не исполнилось 47 000 лет, в ее динамике доминировало излучение.$a$$1/a^4$

Да, свет тяготеет. Гравитационный заряд - это энергия. Ну, гравитация - это сила вращения 2, поэтому у вас действительно есть импульс и напряжение, но они аналогичны обобщению электрического тока.

В общем, все, что вносит вклад в тензор энергии-импульса, будет иметь некоторый гравитационный эффект, и свет делает это, имея как плотность энергии, так и давление в направлении распространения.

Но пока этот свет путешествует в пространстве, его энергия «недоступна» для остальной части вселенной.

Не совсем. Это все еще тяготеет. Тем не менее, эпоха радиационного доминирования была до 50 тысяч лет спустя после Большого взрыва, но это давно прошло. Сегодня гравитационное воздействие радиации незначительно. Мы живем в переходе между эпохами, в которых преобладают материя и темная энергия.

Учитывая, что все звезды на небе посылают фотоны, которые достигают каждого квадратного сантиметра земной поверхности, величина давления должна быть достаточно большой.

Световое давление на любую поверхность пропорционально падающей на нее плотности энергии света. Таким образом, мы можем проверить эту линию рассуждений непосредственно, наблюдая, что небо темное ночью.

Почему темно ночью, вероятно, заслуживает отдельного вопроса (см. Также парадокс Олберса ), но совершенно ясно, что на самом деле он довольно мал. Чтобы быть справедливым, мы должны проверить больше, чем видимый диапазон, но даже в этом случае небо довольно темное. Таким образом, в среднем, легкое давление очень мало.

Мы имеем привилегию быть рядом со звездой, но даже в течение дня световое давление Солнца находится на уровне микропаскалей.

... должна быть энергия, равная гравитации около 1,7 * 10 ^ 22 солнц, распределенных по всей вселенной.

И это небольшое количество. Как вы только что сказали, это эквивалентно примерно 0,034% от общей массы звезд во вселенной, которая, в свою очередь, составляет лишь часть вещества во вселенной. Так почему же вы удивляетесь, что его эффект незначителен? Это буквально в тысячи раз меньше, чем неопределенность в измерениях количества вещества во вселенной.

Свет вызывает гравитацию во время путешествий, что, несомненно, да, благодаря известной эквивалентности массы и энергии Эйнштейна . (Сравните это обсуждение на StackExchange .)

Гравитационное притяжение света незначительно для другой массы в большом масштабе. Только небольшая часть массы звезды превращается в свет в течение ее жизни, и только небольшая часть обычной материи когда-либо была звездой. Часть обычного (стандартная модель частиц) вещества состоит из нейтрино (нейтрино и электроны являются лептонами). Барионная материя состоит в основном из водорода и некоторых гелий (ядер), образовавшихся вскоре после Большого взрыва.

Небольшая доля массы звезды состоит из фотонов, движущихся из звезды. Это путешествие может занять миллионы лет .

Влияние света на астероиды не является незначительным, но это не гравитационное притяжение. Это в основном эффект YORP . Пыль также зависит от света.