प्रकाश ब्रह्मांड को कैसे प्रभावित करता है?

Question

जब प्रकाश किसी तारे द्वारा उदाहरण के लिए उत्सर्जित होता है, तो वह तारा ऊर्जा खो देता है - जिसके कारण इसका गुरुत्वाकर्षण कम हो जाता है। तब वह ऊर्जा संभावित अरबों वर्षों की यात्रा शुरू करती है, जब तक कि वह किसी अन्य वस्तु तक नहीं पहुंच जाती।

जब वह प्रकाश एक सतह पर पहुंचता है, जैसे कि एक अन्य तारा या आकाशगंगा, तो वह ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में गंतव्य तारे को देगा। यह रिसीवर को अपनी ऊर्जा बढ़ाने का कारण बनता है, बदले में एक तरह का संतुलन बहाल करता है। यह भी रिसीवर को अधिक प्रकाश की एक मिनट की मात्रा का उत्सर्जन करने का कारण बनता है, लगभग एक प्रतिबिंब की तरह।

यह अपने धरातल पर पहुंचने के बाद प्राप्त सतह पर भी दबाव बनाएगा, चाहे वह तारा हो, चट्टान हो या कुछ और।

लेकिन जब वह प्रकाश अंतरिक्ष से यात्रा कर रहा होता है, तो उसकी ऊर्जा शेष ब्रह्मांड के लिए "अनुपलब्ध" होती है। स्वाभाविक रूप से मैं निम्नलिखित प्रश्न पूछता हूं:

क्या प्रकाश गुरुत्वाकर्षण का कारण होगा, जबकि यह यात्रा कर रहा है?

हर एक तारा हर दिशा में प्रकाश उत्सर्जित करता है, और अंततः ब्रह्मांड के हर दूसरे तारे तक पहुंचेगा। ब्रह्मांड के किसी एक बिंदु पर, ब्रह्मांड के हर एक अन्य तारे से आने वाली प्रकाश की एक निरंतर किरण होनी चाहिए, जिसका उस बिंदु पर सीधा रास्ता है। यह देखते हुए कि आकाश के सभी तारे पृथ्वी की सतह के प्रत्येक वर्ग सेंटीमीटर तक पहुंचने वाले फोटॉन भेज रहे हैं, दबाव की मात्रा काफी बड़ी होनी चाहिए।

क्या दबाव की मात्रा वास्तव में नगण्य है, यह देखते हुए कि किसी भी सतह पर हर एक परमाणु आकाश पर हर एक लाइट्ससोर्स से प्रकाश प्राप्त कर रहा है?

Http://solar-center.stanford.edu/FAQ/Qshrink.html पर पाए गए एक गणना के आधार पर सूर्य अपने जीवनकाल के दौरान अपने कुल द्रव्यमान का 0.034% ऊर्जा के रूप में उत्सर्जित करेगा। मान लें कि सूर्य औसत है, और ब्रह्मांड में लगभग 10 ^ 24 तारे हैं, और औसतन ये सभी तारे अपने जीवनकाल के आधे रास्ते हैं, लगभग 1.7 * 10 ^ 22 सूर्य के गुरुत्वाकर्षण में ऊर्जा की मात्रा होनी चाहिए। पूरे ब्रह्मांड में।

Answer 1

पुराना सवाल है, लेकिन मैं कुछ ऐसे सवालों का जवाब दूंगा जो पिछले उत्तरों से सामने नहीं आए हैं।

फोटॉन सीएमबी फोटॉन (पहले क्रम में)$\simeq$

जैसा कि दूसरों ने पहले ही कहा है: हाँ, प्रकाश में ऊर्जा है और इसलिए यह गुरुत्वाकर्षण बनाता है। यूनिवर्स की अनुमति देने वाले फोटॉनों के थोक में तारकीय उत्पत्ति नहीं होती है, लेकिन वास्तव में कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड, ऊर्जा घनत्व है, जिसमें अन्य फोटॉनों से बड़े परिमाण के कई आदेश हैं, जैसा कि इस उत्तर से ग्राफ में देखा गया है " सीएमबी फोटॉनों की संख्या घनत्व " । संख्या घनत्व के संदर्भ में, प्रति सेमी 4-500 फोटॉन हैं ।$^3$

स्पेस बड़ा और आइसोट्रोपिक है

चूंकि सीएमबी फोटॉनों को आइसोट्रोपिक रूप से वितरित किया जाता है, इसलिए कभी-कभी-छोटे विकिरण दबाव सभी दिशाओं में समान होते हैं, और इसलिए रद्द हो जाते हैं। और यद्यपि हम हर समय सीएमबी फोटॉन और तारकीय फोटॉन दोनों द्वारा बमबारी करते हैं, अंतरिक्ष इतना दिमागदार है ( डी। एडम्स, 1978 ) कि यदि आप ब्रह्मांड में एक यादृच्छिक फोटॉन पर विचार करते हैं, तो इसकी संभावना बिल्कुल भी है। नगण्य है। सीएमबी फोटॉन के 90% लोगों ने 13.8 बिलियन वर्षों की यात्रा की है, बिना कुछ किए; शेष 10% ने मुक्त इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत की जो कि पुनर्संयोजन के बाद जारी किए गए थे, लेकिन अवशोषित नहीं थे, बस ध्रुवीकृत थे, और अब तक इनमें से अधिकांश इंटरैक्शन पुनर्संयोजन के तुरंत बाद हुए; अब तक, ब्रह्मांड का विस्तार बहुत अधिक हो गया है।

फोटों को फिर से लाल किया जाता है

हालांकि वहां है फोटॉनों में ऊर्जा, और इसलिए वे सब वे एक ही ढंग से ब्रह्मांड में वितरित कर रहे हैं के पहले गुरुत्वाकर्षण को जोड़ने के लिए, (और इस प्रकार सभी दिशाओं में समान खींचती है) और दूसरा उनके ऊर्जा घनत्व (बेरिऑनों की तुलना में नगण्य है "सामान्य बात" जैसे गैस, तारे और ग्रह), डार्क मैटर और डार्क एनर्जी। वास्तव में, उनके सापेक्ष घनत्व । लेकिन हमेशा से ऐसा नहीं था। जैसे ही ब्रह्माण्ड का विस्तार होता है और नई जगह बनती है, द्रव्य का घनत्व घट जाता है , जहाँ$\{\rho_\mathrm{bar},\rho_\mathrm{DM},\rho_\mathrm{DE},\rho_\mathrm{phot}\}/\rho_\mathrm{total} = \{0.05,0.27,0.68,10^{-4}\}$ एक एक 1 / एक $1/a^3$$a$यूनिवर्स का पैमाना कारक ("आकार") है। फोटॉनों के लिए भी यही सच है, लेकिन चूंकि इसके अलावा उन्हें आनुपातिक रूप से पुनर्परिभाषित किया जाता , उनकी ऊर्जा घनत्व रूप में घट जाती है । इसका मतलब है कि जब आप समय पर वापस जाते हैं, तो ऊर्जा बजट में फोटोन का सापेक्ष योगदान बढ़ जाता है, और वास्तव में जब तक ब्रह्मांड 47,000 साल पुराना था, तब तक इसकी गतिशीलता विकिरण पर हावी थी।$a$$1/a^4$

Comments

आपके उत्तर में सबसे बड़ा हा यह था कि फोटॉनों को नया रूप दिया गया है - जिसे मैंने नहीं माना है। बस जिज्ञासु: फोटॉनों के आइसोट्रोपिक वितरण के बारे में, आप इस बारे में कैसे सुनिश्चित हो सकते हैं?

— फ्रोडेबोरली

@frodeborli: यदि आप CMB के नक्शे को देखते हैं , जैसे कि यह एक , तो आप देखेंगे कि यह ~ 1e5 में एक भाग के लिए आइसोट्रोपिक है। ध्यान दें कि इस तरह के एक मानचित्र पर, दो महत्वपूर्ण एक आइसोट्रोपियों को हटा दिया गया है: 1) क्योंकि हम मिल्की वे के अंदर हैं, तो गैलेक्टिक डिस्क में स्रोतों से एक अतिरिक्त संकेत है, और 2) क्योंकि हम अंतरिक्ष में कुछ के माध्यम से आगे बढ़ रहे हैं 500 किमी / सेकंड (निर्देशांक में), सीएमबी को थोड़ा नीला कर दिया गया है - और इसलिए अधिक ऊर्जावान - जिस दिशा में हम आगे बढ़ रहे हैं, और इसके विपरीत दिशा में फिर से परिभाषित किया गया है।

— 15:15

हां, तो यह हमारे अंतरिक्ष के क्षेत्र में आइसोट्रोपिक दिखाई देता है। लेकिन मैं इस प्रमाण पर विचार नहीं करता कि फोटॉन पूरे अंतरिक्ष में उनके वितरण में आइसोट्रोपिक हैं । यही कारण है कि बहुत दूर की स्टार आप देख रहे हैं है एक ब्रह्मांड है कि केवल 47000 साल पुराना है में हमारे दृष्टिकोण से,,।

— frodeborli

और हम उन दूर के पुराने सितारों को हर दिशा में देखते हैं @frodeborli। यदि आपके पास इसे समझाने के लिए कुछ जटिल सिद्धांत हैं, तो आपके लिए अच्छा है, लेकिन ओकाम के रेजर के कारण वैज्ञानिक आइसोट्रोपिक वितरण के सरल सिद्धांत को पसंद करते हैं।

— kubanczyk

@kubanczyk "जितना संभव हो उतना सरल बनाओ, लेकिन सरल नहीं।" चाहे जो हो; आप संभवतः संदेह से परे यह निष्कर्ष नहीं निकाल सकते हैं कि फोटॉनों को पूरे अंतरिक्ष में समान रूप से वितरित किया जाता है, केवल इस तथ्य पर आधारित है कि हम उन्हें इस छोटे से ग्रह पर समान रूप से वितरित कर रहे हैं। ऐसे कई फोटॉन हैं जो हमें यहां कभी नहीं मिलेंगे, और आप नहीं जानते कि वे कहां जा रहे हैं या वे कितने हैं। सुपर ऊर्जावान GRBs के ट्रिलियन / शायद अंतरिक्ष के माध्यम से शूटिंग कर रहे हैं जो हम कभी नहीं देखेंगे; बस उन्हें देखकर एक बाँझ धरती पैदा होगी।

— frodeborli

Answer 2

हाँ, प्रकाश गुरुत्वाकर्षण। गुरुत्वाकर्षण चार्ज ऊर्जा है। खैर, गुरुत्वाकर्षण एक स्पिन -2 बल है, इसलिए आपके पास वास्तव में गति और तनाव है, लेकिन वे विद्युत प्रवाह के सामान्यीकरण के अनुरूप हैं।

सामान्य तौर पर, तनाव-ऊर्जा टेंसर में योगदान करने वाली किसी भी चीज का कुछ गुरुत्वाकर्षण प्रभाव होगा, और प्रकाश ऐसा करता है, जिसमें ऊर्जा घनत्व दोनों होते हैं और प्रसार की दिशा में दबाव डालते हैं।

लेकिन जब वह प्रकाश अंतरिक्ष से यात्रा कर रहा होता है, तो उसकी ऊर्जा शेष ब्रह्मांड के लिए "अनुपलब्ध" होती है।

काफी नहीं। यह अभी भी गुरुत्वाकर्षण है। हालांकि, बिग बैंग के लगभग 50k साल पहले विकिरण-वर्चस्व वाला युग था, लेकिन यह बहुत पुराना है। आज विकिरण का गुरुत्वीय प्रभाव कॉस्मोलॉजिकल रूप से नगण्य है। हम पदार्थ-वर्चस्व और अंधेरे-ऊर्जा-वर्धित युगों के बीच एक संक्रमण में रहते हैं।

यह देखते हुए कि आकाश के सभी तारे पृथ्वी की सतह के प्रत्येक वर्ग सेंटीमीटर तक पहुंचने वाले फोटॉन भेज रहे हैं, दबाव की मात्रा काफी बड़ी होनी चाहिए।

किसी भी सतह पर हल्का दबाव उस पर प्रकाश ऊर्जा घनत्व घटना के लिए आनुपातिक है। इस प्रकार हम तर्क की इस रेखा को सीधे यह देख कर जाँच सकते हैं कि रात में आकाश में अंधेरा है।

रात में अंधेरा क्यों होता है यह शायद अपने ही सवाल का हकदार है (cf. Olbers 'paradox ), लेकिन यह बहुत स्पष्ट है कि यह वास्तव में काफी छोटा है। निष्पक्ष होने के लिए, हमें दृश्यमान सीमा से अधिक की जांच करनी चाहिए, लेकिन फिर भी आकाश बहुत गहरा है। इस प्रकार औसतन, प्रकाश का दबाव बहुत कम होता है।

हमें एक तारे के करीब होने का सौभाग्य प्राप्त है, लेकिन दिन के दौरान भी, सूर्य के कारण हल्का दबाव माइक्रोप्रैस्कल्स के आदेश पर है।

... पूरे ब्रह्मांड में वितरित 1.7 * 10 ^ 22 सूर्यों के गुरुत्वाकर्षण के लिए ऊर्जा की मात्रा होनी चाहिए।

और यह एक छोटी राशि है। जैसा कि आपने अभी कहा, यह ब्रह्मांड में सितारों के कुल द्रव्यमान का लगभग 0.034% के बराबर है, जो बारी-बारी से ब्रह्मांड में पदार्थ का एक अंश है। तो आप क्यों हैरान हैं कि इसका प्रभाव नगण्य है? यह ब्रह्मांड में पदार्थ की मात्रा के माप में अनिश्चितता से हजारों गुना कम है।

Answer 3

यात्रा के दौरान प्रकाश गुरुत्वाकर्षण का कारण बनता है, आइंस्टीन के प्रसिद्ध द्रव्यमान-ऊर्जा समानता से एक स्पष्ट हाँ । ( इस चर्चा की तुलना StackExchange पर करें ।)

बड़े पैमाने पर अन्य द्रव्यमान के लिए प्रकाश का गुरुत्वाकर्षण पुल नगण्य है। किसी तारे के द्रव्यमान का केवल एक छोटा सा अंश अपने जीवनकाल के दौरान प्रकाश में परिवर्तित हो जाता है, और साधारण पदार्थ का केवल एक छोटा हिस्सा कभी एक तारा रहा है। साधारण (मानक मॉडल कणों) पदार्थ के एक अंश में न्यूट्रिनो (न्यूट्रिनो और इलेक्ट्रॉन लेप्टन होते हैं) होते हैं। बैरोनिक पदार्थ में मुख्य रूप से हाइड्रोजन और कुछ हीलियम (नाभिक) होते हैं जो कि बड़े धमाके के तुरंत बाद बनते हैं।

एक तारे के द्रव्यमान का एक छोटा सा अंश फोटॉन के होते हैं, जो तारे से बाहर निकलते हैं। इस यात्रा में लाखों वर्ष लग सकते हैं ।

क्षुद्रग्रहों पर प्रकाश का प्रभाव नगण्य नहीं है, लेकिन यह गुरुत्वाकर्षण पुल नहीं है। यह मुख्य रूप से YORP प्रभाव है। प्रकाश से धूल भी प्रभावित होती है।

Comments

इसलिए, भले ही ब्रह्मांड के सैकड़ों अरबों आकाशगंगाओं द्वारा उत्सर्जित प्रकाश का अधिकांश हिस्सा अभी भी यात्रा में है, प्रभाव नकारात्मक है? ब्रह्मांड में हर एक समन्वय में, एक फोटॉन हर एक प्रकाश उत्सर्जक तारे के लिए एक सीधा रास्ता पार कर रहा है। प्रकाश में "यात्रा" की मात्रा भी लगातार बढ़ रही है, जिसका अर्थ है कि अन्य सभी द्रव्यमान की संयुक्त ऊर्जा कभी भी घट रही है जब तक कि द्रव्यमान एक ब्लैक होल का हिस्सा नहीं बन जाता। वैज्ञानिक यह कैसे सुनिश्चित कर सकते हैं कि यह नगण्य है?

— फ्रोडेबोरली

औसत पृष्ठभूमि तापमान को लगभग 3 K लें; यह औसत तापमान है, और इसलिए समग्र विद्युत चुम्बकीय विकिरण संतुलन है। एक ब्लैक रेडिएटर पर औसत स्थान पर विचार करें ( en.wikipedia.org/wiki/Planck%27s_law )। स्टीफन-बोल्ट्ज़मन कानून ( en.wikipedia.org/wiki/Stefan%E2%80%93Boltzmann_law ) पर एक नज़र डालें : कुल विकिरण की ऊर्जा तापमान की 4 वीं शक्ति के लिए प्रांतीय है। अब इस विकिरण ऊर्जा के अनुरूप द्रव्यमान की गणना करें, और स्थानीय ब्रह्मांड के औसत घनत्व के साथ तुलना करें।

— गेराल्ड

("3K के बारे में", "एक ब्लैक रेडिएटर के रूप में" के ऊपर दो टाइपो के लिए खेद है) घटते हुए द्रव्यमान का मतलब यह नहीं है कि आप शून्य की ओर अभिसरण करें, जब तक कि आप प्रस्ताव न करें, कि हर कण अंततः फोटॉनों में क्षय हो जाएगा। इस धारणा के लिए कम से कम कोई प्रायोगिक साक्ष्य नहीं है। सभी द्रव्यमान को त्वरित विस्तार के साथ एक असमान में ब्लैक होल में समाप्त होने की आवश्यकता नहीं है। यह बस ठंडा हो जाता है।

— गेराल्ड

@ गेराल्ड: यह याद रखना उपयोगी है, हालांकि, विकिरण-प्रभुत्व वाले ब्रह्मांड के दिनों में प्रकाश से गुरुत्वाकर्षण खींचना गंभीर रूप से महत्वपूर्ण था।

— एलेक्सी बोब्रिक

मेरा तात्पर्य यह है कि द्रव्यमान का गुरुत्वाकर्षण प्रभाव होता है क्योंकि इसमें ऊर्जा (और इसका बहुत भाग) होती है, जो तनाव ऊर्जा टेंसर के घटक में दिखाई देती है। गुरुत्वाकर्षण को द्रव्यमान के प्रभाव के रूप में समझाने की कोशिश कर रहा है, जो वैसे भी गलत है, किसी को यह पहचानना चाहिए कि यह एक तरह से गुरुत्वाकर्षण आवेश है, जिसे विद्युत आवेश कहते हैं। $T^{00}$

— स्टेन लीउ