Bagaimana cahaya memengaruhi alam semesta?

Ketika cahaya dipancarkan oleh misalnya bintang, bintang itu kehilangan energi - yang menyebabkannya mengurangi gravitasinya. Kemudian energi itu memulai perjalanan selama berpotensi miliaran tahun, hingga mencapai beberapa objek lain.

Ketika cahaya itu mencapai permukaan, seperti bintang atau galaksi lain, ia akan memberikan energi itu ke bintang tujuan dalam bentuk panas. Ini menyebabkan penerima meningkatkan energinya, yang pada gilirannya mengembalikan semacam keseimbangan. Ini juga menyebabkan penerima memancarkan lagi cahaya dalam jumlah sedikit, hampir seperti pantulan.

Ini juga akan memberikan tekanan pada permukaan penerima begitu mencapai tujuannya, baik itu bintang, batu atau apa pun.

Tetapi sementara cahaya itu bergerak melalui ruang, energinya "tidak tersedia" ke seluruh alam semesta. Secara alami saya mengajukan pertanyaan berikut:

Akankah cahaya menyebabkan gravitasi, ketika sedang bepergian?

Setiap bintang memancarkan cahaya ke segala arah, dan pada akhirnya akan mencapai setiap bintang lain di alam semesta. Pada titik mana pun di alam semesta, harus ada sinar cahaya berkelanjutan yang berasal dari setiap bintang lain di alam semesta, yang memiliki jalur langsung ke titik itu. Mengingat bahwa semua bintang di langit mengirimkan foton yang mencapai setiap sentimeter persegi permukaan bumi, jumlah tekanan harus dijumlahkan menjadi cukup besar.

Apakah jumlah tekanan benar-benar diabaikan, mengingat bahwa setiap atom pada permukaan apa pun menerima cahaya dari setiap sumber cahaya di langit?

Berdasarkan perhitungan yang ditemukan di http://solar-center.stanford.edu/FAQ/Qshrink.html matahari akan selama hidupnya memancarkan 0,034% dari total massa sebagai energi. Dengan asumsi matahari rata-rata, dan bahwa ada sekitar 10 ^ 24 bintang di alam semesta, dan semua bintang ini rata-rata setengah jalan sepanjang masa hidupnya, harus ada energi sebesar gravitasi sekitar 1,7 * 10 ^ 22 matahari yang didistribusikan di seluruh alam semesta.

Pertanyaan lama, tetapi saya akan membahas sesuatu yang belum diangkat oleh jawaban sebelumnya.

Foton foton CMB (ke urutan pertama)$\simeq$

Seperti yang telah dikatakan orang lain: ya, cahaya memiliki energi dan karenanya ia tertarik. Sebagian besar foton yang menembus Semesta bukan berasal dari bintang, tetapi sebenarnya adalah latar belakang gelombang mikro kosmik, kerapatan energi yang beberapa kali lipat lebih besar dari foton lain, seperti terlihat dalam grafik dari jawaban ini untuk " Kepadatan jumlah foton CMB " . Dalam hal kepadatan jumlah, ada 4-500 foton per cm 3 .$^3$

Ruang besar dan isotropik

Karena foton CMB terdistribusi secara isotropik, tekanan radiasi yang sangat kecil sama di semua arah, dan karenanya dibatalkan. Dan meskipun kita selalu dibombardir oleh foton CMB dan foton bintang, ruang sangat besar ( D. Adams, 1978 ) sehingga jika Anda mempertimbangkan foton acak di Semesta, kemungkinan itu mengenai apa pun. dapat diabaikan. Sekitar 90% foton CMB telah melakukan perjalanan selama 13,8 miliar tahun tanpa memukul apa pun; 10% sisanya berinteraksi dengan elektron bebas yang dilepaskan setelah reionisasi, tetapi tidak diserap, hanya terpolarisasi, dan sejauh ini sebagian besar interaksi ini terjadi tak lama setelah reionisasi; saat ini, Semesta telah berkembang terlalu banyak.

Foton di-redshift

$\{\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$

Ya, gravitasi ringan. Muatan gravitasi adalah energi. Nah, gravitasi adalah kekuatan putaran-2, jadi Anda benar-benar memiliki momentum dan tekanan, tetapi mereka analog dengan generalisasi arus listrik.

Secara umum, apa pun yang berkontribusi pada tensor energi-stres akan memiliki beberapa efek gravitasi, dan cahaya melakukan itu, memiliki kepadatan energi dan memberikan tekanan ke arah propagasi.

Tetapi sementara cahaya itu bergerak melalui ruang, energinya "tidak tersedia" ke seluruh alam semesta.

Tidak terlalu. Itu masih gravitasi. Namun, era yang didominasi radiasi sebelum sekitar 50 ribu tahun setelah Big Bang, tetapi sudah lama berlalu. Hari ini efek gravitasi dari radiasi secara kosmologis dapat diabaikan. Kita hidup dalam transisi antara era yang didominasi materi dan yang didominasi energi gelap.

Mengingat bahwa semua bintang di langit mengirimkan foton yang mencapai setiap sentimeter persegi permukaan bumi, jumlah tekanan harus dijumlahkan menjadi cukup besar.

Tekanan cahaya pada permukaan apa pun sebanding dengan insiden kepadatan energi cahaya di atasnya. Dengan demikian kita dapat memeriksa garis penalaran ini secara langsung dengan mengamati bahwa langit gelap di malam hari.

Mengapa gelap di malam hari mungkin patut dipertanyakan sendiri (lih. Juga paradoks Olbers ), tetapi cukup jelas bahwa itu sebenarnya sangat kecil. Agar adil, kita harus memeriksa lebih dari rentang yang terlihat, tetapi meskipun begitu langitnya cukup gelap. Jadi rata-rata, tekanan cahaya sangat kecil.

Kami memiliki hak istimewa untuk menjadi dekat dengan bintang, tetapi bahkan pada siang hari, tekanan cahaya karena Matahari ada di urutan mikro.

... harus ada energi sebesar gravitasi sekitar 1,7 * 10 ^ 22 matahari yang didistribusikan ke seluruh alam semesta.

Dan ini jumlah yang kecil. Seperti yang baru saja Anda katakan, ini setara dengan sekitar 0,034% dari total massa bintang di alam semesta, yang pada gilirannya merupakan sebagian kecil dari materi di alam semesta. Jadi mengapa Anda terkejut bahwa efeknya dapat diabaikan? Secara harfiah ribuan kali lebih kecil dari ketidakpastian dalam pengukuran jumlah materi di alam semesta.

Cahaya menyebabkan gravitasi saat bepergian, ya jelas, oleh kesetaraan energi massa Einstein yang terkenal . (Bandingkan diskusi ini di StackExchange .)

Tarikan gravitasi cahaya diabaikan oleh massa lain dalam skala besar. Hanya sebagian kecil dari massa bintang yang diubah menjadi cahaya selama masa hidupnya, dan hanya sebagian kecil dari materi biasa yang pernah menjadi bintang. Sebagian kecil dari materi (partikel model standar) terdiri dari neutrino (neutrino dan elektron adalah lepton). Materi baryonik terutama terdiri dari hidrogen dan beberapa helium (inti) terbentuk tidak lama setelah big bang.

Sebagian kecil dari massa bintang terdiri dari foton, bergerak keluar dari bintang. Perjalanan ini bisa memakan waktu jutaan tahun .

Efek cahaya pada asteroid tidak dapat diabaikan, tetapi itu bukan tarikan gravitasi. Ini terutama efek YORP . Debu juga dipengaruhi oleh cahaya.