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Quando um raio de luz é projetado, (digamos) da superfície da Terra para o exterior no espaço. A condição é que não haja obstrução até infinito (ele viaja apenas no vácuo). Minha pergunta é: até onde esse raio de luz pode ir?
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Além disso, em vez de um raio de luz, se eu considerar um feixe de laser com as mesmas condições, então quão longe pode feixe de laser ir?
Compare as duas situações.
E a luz (raio de luz e feixe de laser) para depois de viajar alguma distância ou não tem fim ?
Comentários
- Não tenho certeza por que há ‘ uma recompensa. A resposta de iantresman responde à pergunta muito bem.
- Concordo com @ HDE226868
- Possíveis duplicatas: physics.stackexchange.com / q / 18555/2451 , physics.stackexchange.com/q/105980/2451 e seus links.
- É sua primeira pergunta é essencialmente uma ligeira variante disso: que porcentagem de luz de uma estrela situada no centro do universo atinge diretamente a borda do universo?
- Depois de minha resposta, incluindo este desenho animado foi votado positivamente, votado negativamente, sinalizado e excluído, gostaria de compartilhar isso com você como um comentário. Feliz Natal para todos vocês.
Resposta
Teoricamente, o fóton (ou feixe de fótons, ali realmente não é uma diferença) pode percorrer uma distância infinita, viajando o tempo todo a uma velocidade $ c $.
Como os fótons contêm energia, $ E = h \ nu $, então conservação de energia requer que o fóton seja destruído apenas por interação (por exemplo, absorção em um átomo). Não há nada que possa fazer o fóton simplesmente parar após alguma distância, ele só pode ser interrompido por meio de uma interação de algum tipo.
Observe que parte da luz que vemos de galáxias muito distantes tem alguns bilhões de anos e viajou muitos yottameters para chegar aqui. Se não tivessem sido absorvidos pelo telescópio espacial Hubble , por exemplo , eles teriam continuado seu caminho através de nossa galáxia (até que algo mais o impedisse).
Comentários
- Esse ‘ é um pensamento tão fascinante, aliás … Que todas essas coisas viajaram por tanto um longo hora de nos alcançar … (não ‘ nem mesmo comece a estragar essas reflexões míticas com conversas sobre absorção e re emissão)
- Sim, mas a questão é que então o que vemos pode não ter viajado até tanto assim: P
- O downvoter poderia explicar o que eles pensam que é errado com minha postagem?
Resposta
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Um fóton irá viajar “na velocidade de luz “até obstruída. A partir da velocidade e do tempo decorrido, você pode calcular a distância que a luz vai viajar.
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A luz laser consiste em mais de um fóton “em fase”, que tem exatamente o mesmo propriedade a esse respeito, como um fóton solitário.
Comentários
- A luz tem um STOP após alguma distância?
- Somente se interagir com outra coisa, ou seja, é absorvido após atingir um átomo ou outra partícula. Caso contrário, não há razão para ele simplesmente desaparecer.
- Há ‘ s não só não há razão para simplesmente desaparecer, ele nem pode simplesmente desaparecer, porque isso iria violam a conservação de energia.
- Pode ser interessante notar que o espaço não é um vácuo, mas um plasma fino, que pode interagir com o fóton, impedindo-o de viajar para o infinito.
- @iantresman Explique ou forneça uma fonte para considerar o espaço como um plasma fino. Estou ciente da natureza da espuma quântica do estado de vácuo. É a isso que você ‘ se refere? Celtschk- o fóton pode desaparecer desde que o faça muito brevemente;)
Resposta
Observe que está correto que um fóton pode viajar uma distância infinita em um tempo infinito, mas pode não alcançar qualquer ponto desejado no universo .
Isso é causado pela expansão do universo, o que também leva ao fato de que não podemos receber informações fora do universo observável.
Comentários
- Eu ‘ já ouvi isso chamado de ” horizonte de comunicação “; o artigo da Wikipedia atualmente o chama de horizonte futuro .
- Provavelmente existem várias opções de como chamá-lo; Não sou nativo, então não ‘ não sei com certeza
Resposta
Um pequeno acréscimo às outras respostas: embora seja verdade que a luz nunca parará se não atingir nada, no entanto, será alterado para vermelho e, portanto, diminuirá energético, devido à expansão do universo. Por exemplo, o fundo de micro-ondas cósmico consiste em fótons que foram emitidos quando os átomos se formaram. No entanto, naquela época a temperatura do universo era de cerca de $ 3000 \, \ rm K $ (cerca de ponto de fusão do ferro), enquanto hoje a radiação cósmica de fundo tem uma temperatura de apenas $ 2,7 \, \ rm K $. Assim, os fótons que vemos no CMB viajaram por mais de 13 bilhões de anos sem desaparecer, no entanto, eles mudaram em frequência de luz visível até micro-ondas.
Comentários
- Isso significa que os fótons individuais perdem energia? Ou é a diminuição do número de fótons que re cada um, resultando em menos radiação energética?
- @Aziraphale os fótons individuais perdem energia (veja várias perguntas / respostas relacionadas neste site sobre como isso se relaciona com a conservação de energia, etc.)
- Os fótons não ‘ perdem energia ou ‘ tornam-se vermelhos ‘. No quadro de repouso eles foram emitidos, eles ainda têm sua energia original. Se medirmos sua absorção em um quadro de repouso diferente (por exemplo, ‘ vendo ‘), perceberemos que estão deslocados para o vermelho.
- @Julian: Você está confundindo duas coisas: o deslocamento para o vermelho devido ao movimento relativo é algo diferente do deslocamento para o vermelho devido à expansão cósmica. É também por isso que, no horizonte cósmico, a ” velocidade relativa ” de objetos massivos pode atingir a velocidade da luz sem violar a relatividade: ela ‘ s não uma velocidade relativa entre objetos no sentido relativístico especial, mas uma expansão do próprio espaço.
- @celtschk – interessante. Eu não ‘ não acho que o desvio para o vermelho da expansão seja realmente diferente do desvio para o vermelho normal. Acho que o fóton ainda tem seu comprimento de onda, momento e energia originais ‘ no que diz respeito a ‘. Mas se o fóton fosse emitido por um próton sem momentum, então esse próton ‘ ver ‘ o desvio para o vermelho da expansão. Portanto, meu quadro de descanso original não ‘ realmente não existe mais.
Resposta
Desde que não haja nada para o fóton interagir (isto é, olharmos para ele no vácuo), o caminho livre médio será infinito; isto é, ele continuará viajando para sempre em uma determinada direção. Não há nada que impeça o caminho do fóton. Conseqüentemente, ele irá arbitrariamente longe. Quer você tenha um único fóton ou um laser, a resposta não mudará.
O fato de que as linhas de fótons nunca terminam se manifesta em outro fato relevante. Se você olhar para a intensidade $ I $ da luz em uma esfera de raio $ r $ longe de uma fonte pontual, a intensidade cai para $ 1 / r ^ 2 $. Mais especificamente, se $ P $ é a potência dessa fonte, então $ I (r) = \ frac { P} {4 \ pi r ^ 2}. $ O $ 4 \ pi r ^ 2 $ no denominador é apenas a área da superfície da esfera.
Você pode pensar que isso é relativamente trivial, mas na verdade , na verdade é um fato muito profundo. Sabemos, a partir de trabalhos do século 20, que existem partículas semelhantes aos fótons, mas com algumas diferenças. Um deles é o $ Z $ -boson. Ao contrário do fóton sem massa, o bóson $ Z $ é massivo. Sua massa é de cerca de $ 91 GeV / c ^ 2 $, que é cerca de 97 vezes mais massiva que um próton. Se você fizesse a análise correspondente para $ Z $ -bosons, você descobriria que eles decaem, e o comprimento do decaimento é da ordem de $ 10 ^ {- 18} m $. Um bóson $ Z $ viajará em média apenas cerca de tão longe no vácuo. Isso leva a uma forma funcional diferente para a intensidade acima, que terá um amortecimento exponencial. Na verdade, essa massa é essencialmente equivalente a estudar fótons em um meio que fornece dissipação (por exemplo, dentro de um supercondutor).
O fato de o fóton não sofrer esse mesmo destino é na verdade uma consequência de sua falta de massa. Existem muitos limites possíveis na massa do fóton. Claro, apenas o fato de vermos fótons a distâncias muito longas fornece um limite superior (bastante forte) na massa do fóton, embora talvez seja um pouco enganador, pois existem certos modelos incomuns que evitam esse limite forte.Os limites independentes de modelo mais robustos que temos até agora são cerca de $ 10 ^ {- 14} eV / c ^ 2 $, ou seja, um fator de cerca de $ 10 ^ {23} $ mais baixo do que a massa do próton.
Resposta
Um raio de luz ou feixe de laser não para até atingir uma obstrução.
Se houver nenhuma obstrução, a luz NUNCA irá parar. Não tem fim.
Resposta
Seja um feixe ou raio de luz, os fótons continuarão viajando até serem absorvidos. Os fótons não podem parar porque viajam a uma velocidade constante, a velocidade da luz, ou seja, eles não podem acelerar ou desacelerar. No entanto, seus comprimentos de onda mudam com o tempo devido à expansão do universo, ou seja, seus comprimentos de onda ficam maiores e perdem energia como tal porque $ E _ {\ gamma} $ e $ \ lambda $ são inversamente proporcionais,
$ E _ {\ gamma} = \ frac {hc} {\ lambda} $.
Resposta
Um “raio de luz “deve ser reescrito como” fóton “porque estamos falando de física.
Entre um único fóton e um feixe de laser, neste caso, não há diferença. Cada fóton continuará sua viagem até ser parado, cada fóton é “indistinguível” dos outros (no sentido de que eles não são diferentes intrinsecamente). Os fótons de um feixe de laser estão apenas no mesmo nível de energia e viajam na mesma direção (assumindo um laser perfeito), mas isso não é importante para a questão.
Um fóton pode ser interrompido apenas pela interação com ele com energia suficiente. Se a interação for de energia inferior ou for um campo gravitacional, o fóton será desviado, mas continuará “se movendo”.
E a luz (raio de luz e feixe de laser) para após viajar alguma distância ou não tem fim?
Eu acho que você quer saber se um fóton pode viajar para fora do Universo . Se um fóton atingir o limite do Universo, ele continuará sua viagem, estendendo o próprio Universo!
Resposta
Newton “s primeira lei afirma que uma partícula terá velocidade constante, a menos que uma força externa aja sobre ela. O fóton não tem massa, mas mesmo assim a primeira lei ainda é válida no caso da luz.
- Quando um raio de luz é projetado, (digamos) da superfície da Terra para o exterior no espaço. A condição é que não haja obstrução até infinito (ele viaja apenas em vácuo). Minha pergunta é a que distância pode aquele raio de luz ir?
$$ x = vt $$
Neste caso $ c = v $ onde $ c $ é a velocidade da luz viajando no vácuo (uma constante) e $ t $ parece $ \ rightarrow \ infty $ segundos com base na informação dada em sua pergunta.
A distância que a luz viaja depende do tempo que ela viaja porque $ c $ é constante no vácuo que implica:
$$ x \ rightarrow \ infty $$
- Além disso, em vez de raio de luz, se eu considerar um feixe de laser com as mesmas condições, a que distância um feixe de laser pode ir?
O mesmo que com 1.
Compare as duas situações.
Um é um raio de luz viajando infinitamente em um vácuo e o outro são vários raios de luz coerente viajando infinitamente no vácuo.
Resposta
A distância que uma partícula pode viajar é parcialmente definido por sua massa.
Se a partícula tem uma massa menor do que algo como 7 eV, então ela pode cruzar o universo sem atenuação.
Comentários
- Importa-se de explicar como você chegou a essa conclusão?
- o que é ” cruzando ” o universo?
- E como você ” atenua ” uma partícula?