Astronomia

A distância máxima que a luz pode viajar?

A distância máxima que a luz pode viajar?


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Se assumirmos que não há nada exceto o sol no universo, então quão longe a luz pode viajar ??


Bem, calcula-se que a luz do sol viajará até o fim do nosso universo, se é que tem fim. Uma maneira de calcular a distância real até o fim do nosso universo é a seguinte: (1) suponha que nosso universo seja um "buraco negro" muito grande ----- entendendo que um "buraco negro" é simplesmente um volume de espaço da qual a luz não pode escapar. (2) use a famosa fórmula de Schwartzschild para o raio de um "buraco negro":

R = 2GM / c.c onde "M" é a massa do universo. Se usarmos o valor numérico M = 1,58E58 gramas (seguindo Sternglass), então se calcula que a luz do sol chegará ao fim do nosso universo depois de viajar aproximadamente 2,35E30 cm.


Usando o seu cenário, vamos ignorar a expansão da energia escura e o deslocamento para o vermelho a distâncias maiores. Não haveria distância onde o sol desapareceria. Isso pode parecer contra-intuitivo, mas é verdade.

Na Terra, recebemos cerca de 10 ^ 17 fótons por CM quadrado. (fonte). Usando a regra do quadrado inverso, para receber 10 fótons por segundo em um par de olhos humanos, essa distância seria de 100 milhões de UA - mais ou menos, ou cerca de 1.580 anos-luz. Provavelmente não podemos ver apenas 10 fótons, mas na escuridão, com os olhos ajustados ao escuro, talvez pudéssemos. É mais ou menos a distância em que o sol daria luz constante, mas muito fraca.

Além disso, o que acontece tem mais a ver com a natureza quântica da luz do que com o brilho e a distância. Conforme você dobra a distância, você vê 1/4 da frequência dos fótons. A 5.000 anos-luz, você vê 1 fóton por segundo, basicamente uma luz piscando muito fraca, mas tão brilhante quanto a 1.580 anos-luz, apenas aparecendo com menos frequência. Dobre a distância novamente e pisca uma vez a cada 4 segundos. Não há distância onde você para de ver o sol, apenas o vê cada vez com menos frequência, mas nunca parece mais escuro do que 1 fóton.


Ele irá viajar até ser absorvido por outro objeto. Como você não presumiu nenhum outro objeto, exceto o sol, ele não perde energia nem muda de direção. Vai durar para sempre, a menos que acerte um hidrogênio ou hélio ou qualquer outra coisa.


H o = 70 +/- 2,2 km / s / Mpc

O que um leigo pode fazer em cosmologia?

  • Fique na escola! Há muito o que aprender sobre o Universo.
  • Continue fazendo cursos de matemática e ciências!
    O livro da natureza está continuamente aberto aos nossos olhos (falo do Universo), mas não pode ser compreendido sem primeiro aprender a compreender a linguagem e os personagens em que está escrito. Está escrito em linguagem matemática e seus personagens são figuras geométricas. - Galileo Galilei
    Isso era verdade há 400 anos e é muito mais verdade hoje!
  • Se você estiver fora da escola, verifique a bibliografia.
  • Diga ao seu congressista e senadores para apoiar a pesquisa de astrofísica na NASA, NSF e DOE.

Quando é o próximo lançamento de dados WMAP?

O lançamento de dados em 21 de dezembro de 2012 incluiu todos os 9 anos de dados. A ampulheta foi aposentada. Não haverá mais lançamentos.


Aqui & rsquos o que realmente acontece quando você viaja na velocidade da luz, de acordo com a NASA

A NASA criou este vídeo divertido para responder a todas as nossas perguntas candentes sobre viagens à velocidade da luz.

Você já desejou poder viajar na velocidade da luz para seus destinos favoritos? Depois de ver a realidade dessa velocidade, você pode repensar tudo.

& # x201Chá algumas coisas importantes que você provavelmente deve saber sobre a aproximação da velocidade da luz, & # x201D NASA & # x2019s novo vídeo, Guia para viagens à velocidade da luz, explica. & # x201CPrimeiro, muitas coisas estranhas podem acontecer, como o tempo e o espaço perdendo a forma. & # x201D

De acordo com o vídeo, se você estiver viajando quase à velocidade da luz, o relógio dentro de seu foguete mostrará que leva menos tempo para viajar até seu destino do que na Terra. Mas, uma vez que os relógios em casa estariam se movendo a uma taxa padrão, você poderia voltar para casa para todos sendo um pouco mais velhos.

& # x201CAlso, porque você & # x2019 está indo tão rápido, o que de outra forma seriam apenas alguns átomos de hidrogênio que você & # x2019d encontraria rapidamente se torna muito de partículas perigosas. Portanto, você provavelmente deve ter escudos que os impeçam de fritar seu navio e também você. & # X201D

Finalmente, o vídeo aborda o fato de que mesmo se você estivesse se movendo na velocidade da luz, o & # x201Cuniverse também é um lugar muito grande, então você pode ter algumas surpresas. & # X201D Por exemplo, o relógio do seu foguete & # x2019s dirá que leva cerca de 9 meses para ir da Terra até a borda do sistema solar. Um relógio da Terra diria que demorou cerca de um ano e meio.

& # x201Se você quiser ir para mais longe dos locais de férias, & # x201D o vídeo explica, & # x201Cyou & # x2019ll provavelmente precisará de mais do que alguns lanches extras. Uma viagem à Galáxia de Andrômeda, nossa grande galáxia vizinha mais próxima, pode levar mais de um milhão de anos. E uma viagem à galáxia mais distante conhecida, onde ela está situada atualmente, pode levar mais de 15 bilhões de anos, o que é mais tempo de férias do que eu acho que jamais terei. & # X201D

O vídeo não explica como seu foguete irá viajar na velocidade da luz. Nossa tecnologia ainda não existe, mas talvez os alienígenas compartilhem essa tecnologia conosco em breve? Porém, se você estiver interessado em como os humanos estão trabalhando para implantar uma vela de luz movida a laser em Alpha Centauri, verifique uma explicação detalhada no ScienceAlert, que o fará se sentir um pouco mais inteligente hoje.


Geração de radiação eletromagnética

    A radiação eletromagnética é gerada pelo movimento de partículas carregadas

    Ondas eletromagnéticas
    • Campos elétricos variáveis ​​são acompanhados por campos magnéticos
    • A Terra tem um campo magnético
      • O campo magnético da Terra é relativamente estático, não uma onda
        Na Terra, geramos ondas de rádio (uma forma de radiação eletromagnética) movendo elétrons ao longo de uma antena
          Também detectamos ondas de rádio quando elas movem elétrons ao longo de uma antena conectada a um receptor

        Não acreditamos que haja qualquer & quotend & quot no sentido de algum limite espacial. A menos que algo mude drasticamente, também não haverá um fim no tempo. A expansão parece que durará para sempre. Portanto, isso não forneceria um intervalo máximo.

        Em princípio, um feixe bem direcionado giraria em torno do buraco negro e retornaria à Terra. Não há buracos negros próximos o suficiente para tornar isso prático. Em vez disso, a curvatura da luz por buracos negros é observada por seu efeito de lente na luz proveniente de objetos mais distantes.

        Os incríveis sinais de ondas gravitacionais observados na fusão de buracos negros fornecem uma prova ainda mais direta e convincente de que os buracos negros existem e seguem as leis da Relatividade Geral.


        Luz e radiação eletromagnética

          Aprendemos sobre as estrelas estudando a radiação eletromagnética que elas emitem.

        • rádio
        • infravermelho
        • luz visível
        • ultravioleta
        • Raios x
        • Raios gama
        • comprimento de onda é medido em unidades de comprimento
          • metros
          • milímetros (mm) = 0,001 m = 10 -3 m
          • micrômetros (& mu m) = 0,000001 m = 10 -6 m
          • chamado Hertz (1 Hz = 1 / seg)
              300.000 quilômetros / segundo
              • 1 quilômetro (km) = 1000 m = 10 3 m
                  comprimento de onda x frequência = 300.000 km / s
          • os "fótons" são "partículas"
            • Einstein recebeu o Prêmio Nobel por compreender que a luz (e a radiação eletromagnética) é composta por essas "partículas" ("fótons")
            • os "fótons" têm energias relacionadas à "cor" ou comprimento de onda
              • comprimentos de onda curtos -> energias mais altas
                • como raios gama
                • como ondas de rádio
                • Esta propriedade é conhecida como "dualidade onda-partícula", um elemento básico do teoria quântica da física
                • a curvatura da luz ao passar pelo prisma resulta da REFRACÇÃO
                • comprimentos de onda longos (vermelho) são refratados menos do que comprimentos de onda curtos (azul e violeta)

                Conteúdo

                A aceleração constante é notável por vários motivos:

                • É uma forma rápida de viajar. Quando a ergonomia é considerada, eles são a forma mais rápida de viagem interplanetária e interestelar.
                • A aceleração constante cria sua própria gravidade artificial em benefício dos passageiros, que podem ser poupados de ter que lidar com os efeitos da microgravidade.

                Impulso constante versus aceleração constante Editar

                As trajetórias de impulso e aceleração constantes envolvem a espaçonave disparando seu motor em uma queima constante prolongada. No caso limite em que a aceleração do veículo é alta em comparação com a aceleração gravitacional local, a órbita se aproxima de uma linha reta. A espaçonave aponta diretamente para o alvo (levando em consideração o movimento do alvo) e permanece acelerando constantemente sob alto impulso até atingir seu alvo. Se for necessário que a espaçonave se encontre com o alvo, em vez de realizar um sobrevôo, a espaçonave deve mudar sua orientação no meio da jornada e desacelerar no resto do caminho.

                Na trajetória de empuxo constante, [2] a aceleração do veículo aumenta durante o período de empuxo, pois o uso de combustível faz com que a massa do veículo diminua. Se, ao invés de empuxo constante, o veículo tem aceleração constante, o empuxo do motor deve diminuir durante a trajetória.

                Em distâncias interestelares, uma nave espacial usando aceleração constante significativa se aproximará da velocidade da luz, então os efeitos da relatividade especial, como a dilatação do tempo (a diferença no fluxo de tempo entre o tempo da nave e o tempo planetário) tornam-se importantes. [4]

                Expressões para distância percorrida e tempo decorrido Editar

                A distância que se viaja, experimentando aceleração constante, do ponto de vista da Terra em função do tempo do viajante é expressa pela distância coordenada x em função do tempo adequado τ em aceleração adequada constante uma. É dado por: [5] [6]

                Nas mesmas circunstâncias, o tempo decorrido na Terra (o tempo das coordenadas) em função do tempo do viajante é dado por:

                Viabilidade Editar

                Um fator limitante importante para acionamentos de aceleração constante é ter combustível suficiente. A aceleração constante não será viável, a menos que o impulso específico para o combustível (a eficiência do combustível do combustível) se torne muito maior.

                Existem duas categorias amplas de maneiras de resolver esse problema: uma é o combustível de maior eficiência (a abordagem do navio a motor) e a outra é extrair energia de propulsão do ambiente conforme o navio passa por ele (a abordagem do navio à vela). Duas possibilidades para a abordagem de navios a motor são os combustíveis nucleares e os baseados em matéria-antimatéria. Uma possibilidade para a abordagem de um veleiro é descobrir algo equivalente ao paralelogramo de força entre o vento e a água que permite às velas impulsionar um veleiro.

                Pegar combustível ao longo do caminho - a abordagem do jato de aríete - perderá eficiência à medida que a velocidade da espaçonave aumenta em relação à referência planetária. Isso acontece porque o combustível deve ser acelerado até a velocidade da nave antes que sua energia possa ser extraída, o que reduzirá drasticamente a eficiência do combustível.

                Um problema relacionado é o arrasto. Se a nave espacial próxima à velocidade da luz estiver interagindo com matéria ou energia que está se movendo lentamente no quadro de referência planetário - vento solar, campos magnéticos, radiação cósmica de fundo em micro-ondas - isso causará um arrasto que irá sangrar uma parte da aceleração do motor.

                Um segundo grande problema enfrentado por navios que usam aceleração constante para viagens interestelares é colidir com matéria e radiação durante a rota. No meio da jornada, qualquer assunto que o navio atinja terá um impacto próximo à velocidade da luz, então o impacto será dramático.

                Velocidades de viagem interestelar Editar

                Se uma nave espacial estiver usando aceleração constante em distâncias interestelares, ela se aproximará da velocidade da luz no meio de sua jornada, quando vista do referencial planetário. Isso significa que os efeitos da relatividade se tornarão importantes. O efeito mais importante é que o tempo parecerá passar em taxas diferentes no quadro da nave e no quadro planetário, e isso significa que a velocidade da nave e o tempo de viagem aparecerão diferentes nos dois quadros.

                Quadro de referência planetário Editar

                Do quadro de referência planetário, a velocidade da nave parecerá limitada pela velocidade da luz - ela pode se aproximar da velocidade da luz, mas nunca alcançá-la. Se um navio estiver usando 1 g aceleração constante, parecerá chegar perto da velocidade da luz em cerca de um ano e ter viajado cerca de meio ano-luz de distância. No meio da viagem, a velocidade do navio será aproximadamente a velocidade da luz, e ele diminuirá novamente para zero ao longo de um ano no final da viagem.

                Como regra geral, para uma aceleração constante em 1 g (Gravidade da Terra), o tempo de viagem medido na Terra, será a distância em anos-luz até o destino, mais 1 ano. Essa regra fornecerá respostas um pouco mais curtas do que a resposta exata calculada, mas razoavelmente precisas.

                Editar quadro de referência do navio

                Do quadro de referência dos que estão no navio, a aceleração não mudará à medida que a viagem avança. Em vez disso, o referencial planetário parecerá cada vez mais relativístico. Isso significa que, para os viajantes na nave, a jornada parecerá ser muito mais curta do que os observadores planetários veem.

                Com uma aceleração constante de 1 g, um foguete poderia viajar pelo diâmetro de nossa galáxia em cerca de 12 anos no tempo da nave e cerca de 113.000 anos no tempo planetário. Se a última metade da viagem envolver desaceleração em 1 g, a viagem demoraria cerca de 24 anos. Se a viagem fosse apenas para a estrela mais próxima, com desaceleração na última metade do caminho, demoraria 3,6 anos. [7]

                Tau Zero, um romance de ficção científica de Poul Anderson, tem uma nave espacial usando uma unidade de aceleração constante.

                As naves espaciais das histórias Venus Equilateral de George O. Smith são todas naves de aceleração constante. A aceleração normal é 1 g, mas em "O Triângulo Externo" é mencionado que as acelerações de até 5 g são possíveis se a tripulação for drogada com gravanol para neutralizar os efeitos do g-carregar.

                A nave espacial no romance de Joe Haldeman A guerra para sempre fazem uso extensivo de aceleração constante, eles exigem equipamentos de segurança elaborados para manter seus ocupantes vivos em alta aceleração (até 25 g) e acelere em 1 g mesmo quando "em repouso" para fornecer aos humanos um nível confortável de gravidade.

                No universo "Espaço Conhecido", construído por Larry Niven, a Terra usa impulsos de aceleração constante na forma de ramjets Bussard para ajudar a colonizar os sistemas planetários mais próximos. No romance espacial não conhecido Um mundo fora do tempo, Jerome Branch Corbell (para si mesmo), "leva" um ramjet ao Centro Galáctico e volta em 150 anos para as naves (a maioria em sono frio), mas 3 milhões de anos se passam na Terra.

                Em "The Sparrow", de Mary Doria Russell, a viagem interestelar é alcançada convertendo um pequeno asteróide em uma espaçonave de aceleração constante. A força é aplicada por motores iônicos alimentados com material extraído do próprio asteróide.

                Na série Revelation Space de Alastair Reynolds, o comércio interestelar depende de naves estelares "leves" que podem acelerar indefinidamente a 1 g. Os efeitos da viagem relativística são um ponto importante da trama em várias histórias, informando a psicologia e a política das tripulações "ultranautas" dos faróis, por exemplo.

                No romance "2061: Odisséia Três", de Arthur C. Clarke, a nave espacial Universo, usando um foguete de fusão catalisado por múon, é capaz de aceleração constante a 0,2 g sob impulso total. O romance "Imperial Earth" de Clarke apresenta um "impulso assintótico", que utiliza um buraco negro microscópico e um propelente de hidrogênio, para atingir uma aceleração semelhante ao viajar de Titã para a Terra.

                As naves espaciais UET e Hidden Worlds de F.M. A saga Rissa Kerguelen de Busby utiliza uma unidade de aceleração constante que pode acelerar a 1 g ou até um pouco mais.

                Os navios da série Expanse de James S. A. Corey usam acionamentos de aceleração constante, que também fornecem gravidade artificial para os ocupantes.

                Dentro O marciano, por Andy Weir, a nave espacial Hermes usa um impulso VASIMR de impulso constante para transportar astronautas entre a Terra e Marte.


                Por que a velocidade da luz não é infinita?

                A experiência comum de ligar um interruptor de luz certamente mostra que a luz viaja muito rapidamente. Mas experimentos cuidadosos revelam que ele viaja a uma velocidade finita. Essa velocidade, que chamamos de "c", é medida em 300 milhões de metros por segundo.

                A velocidade da luz é estranha porque tem o mesmo valor independente da velocidade relativa entre a fonte e o observador. Este fato é experimental que só pode fazer sentido se o movimento relativo mudar a relação entre o espaço e os intervalos de tempo para manter a distância percorrida pela luz por unidade de tempo igual para todos os observadores.

                O fato de que espaço e tempo devem se misturar para manter a velocidade da luz constante implica que, em certo sentido, espaço e tempo devem ser iguais, apesar de nosso hábito de medir o espaço em metros e o tempo em segundos. Mas se o tempo e o espaço são semelhantes na medida em que podem ser convertidos um no outro, então é necessário alguma quantidade para converter as unidades - ou seja, algo medido em metros por segundo que pode ser usado para multiplicar segundos de tempo para obter metros de espaço. Esse algo, o fator de conversão universal, é a velocidade da luz. A razão de ser limitado é simplesmente o fato de que uma quantidade finita de espaço é equivalente a uma quantidade finita de tempo.

                Outra explicação da natureza finita da luz pode ser obtida pensando sobre o que queremos dizer com a própria luz. A luz, por definição, é uma onda eletromagnética, um distúrbio de propagação no espaço e no tempo que carrega informações sobre a aceleração de cargas.

                Se houvesse um valor infinito para a velocidade da luz, a própria luz não existiria. Matematicamente, a equação de onda que descreve a luz como uma onda eletromagnética perderia sua dependência do tempo.

                Em termos físicos, uma onda eletromagnética surge devido ao tempo finito que leva para a notícia da mudança de localização de uma carga acelerada chegar a um ponto distante. Pense em uma carga elétrica como um ouriço com pontas de borracha flexíveis indo para o infinito em todas as direções. Esses picos representam as linhas de campo elétrico, as linhas ao longo das quais uma carga de teste se moveria.

                Se a carga for sacudida, os segmentos dos picos próximos à carga se moverão, mas aqueles mais distantes ainda apontarão em suas direções originais. O resultado é que cada pico terá uma torção que se estende até o infinito. Esta torção retransmite a notícia de que a carga se moveu para as partes distantes das pontas e corresponde a uma onda eletromagnética. Se a onda se move infinitamente rápido, é como se ela não existisse, todos os picos são infinitamente rígidos e as notícias se espalham por todos os lados, sem aparentes dobras. Em outras palavras, não haveria onda eletromagnética e, portanto, nenhuma luz.

                Os dois argumentos anteriores são duas maneiras ligeiramente diferentes de dizer que, se você pensa que a luz é uma onda, então ela deve ser algo que se propaga e leva tempo para ir de um ponto a outro. Em outras palavras, ele deve viajar a uma velocidade finita. A velocidade infinita de propagação é uma mudança mágica instantânea nas coisas em todos os lugares ao mesmo tempo, e nem uma onda!


                Conclusão

                Tecnicamente, ainda estamos muito longe do impulso de dobra e das viagens interestelares, mas com o avanço da tecnologia e o impulso em direção à inovação, as respostas estão mais próximas do que nunca. Pessoas como Elon Musk e Jeff Bezos, que aspiram nos tornar uma civilização espacial, são os estímulos necessários para quebrar o código do warp drive. Pela primeira vez em décadas, há uma empolgação parecida com o rock and roll sobre o vôo espacial, e esse tipo de entusiasmo é outra peça essencial na busca para explorar o universo.


                Assista o vídeo: Como seria viajar na velocidade da luz? Será possível um dia? (Dezembro 2022).