RE: Debata o nekonečnosti vesmíru - Martin - 24.04.2014
Studium Slunce a fotonu:
* česká wiki *
Takže zpomalení rychlosti fotonu v jiném prostředí je dané tím, že když foton vrazí do atomu, ten jej pohltí, chvíli podrží a pak vyzáří (opět rychlostí světla). Takže pokud nějaký materiál absorbuje určitou vlnovou délku, jednoduše se foton změní na teplo.
Fázová rychlost fotonu může být vyšší než rychlost světla ve vakuu (akorád že nevím, co to je).
Mezi světlo se počítá i anihilace částice-antičástice a radioaktivní rozpad.
Odbočení: jaká jsme civilizace? Naše běžně prodávané fotovoltaické panely na IR světlo dovedou vyrobit z 1m2 přibližně asi 200W energie. Přitom slunce dodá 1.4 kW/m2. Výkon běžné jaderné elektárny: 10^9 W. Výkon Slunce: 10^26 W. Nebo spíš (1m2 Slunce teda vyzáří "jen" 63x10^6 J - na wiki je jednou uvedeno 4x10^24 wattů, pak Joulů. Je to to samé v případě záření?).
Průměrná hustota Slunce je 1400kg/m3, tj. jen o něco málo víc než voda. Jádro má hustotu 130.000 kg/m3 (nehustější prvek na Zemi běžně se vyskytující je myslím rtuť a má okolo 20 tun na kubík, jestli si dobře vzpomínám). Naproti tomu hustota fotosféry je cca. 4*10^-8 g/sm3. Hustota chromosféry Slunce je přibližně stejná jako hustota atmosféry Země ve výšce 75 km (tj. skoro nic). Ještě řidčí je koróna, která je ovšem 5000x teplejší než povrch Slunce.
Teda, to jsem nevěděl, že oficiální potvrzení teorie jaderné fúze jako zdroje energie ve hvězdách proběhlo až v roce 2002!
Molekuly vzduchu absorbují světlo o kratší vlnové délce (modré), takže to není tak, že by se vlastnosti fotonů měnily průchodem atmosféry, ale jednoduše se z celé řady různě kmitajících fotonů odstraní všechny až na ty červené?
"Slunce je viděno ze Země jako červené jen při svém východu a západu... Molekuly vzduchu absorbují kratší vlnové délky světla (modré světlo), takže pozorovateli zůstane převážně červená... je-li Slunce kolem poledne vysoko nad obzorem, jeví se barva oblohy jako modrá, protože sluneční světlo urazí nejkratší vzdálenost atmosférou. Tato vzdálenost odpovídá vlnové délce modrého světla, ostatní vlnové délky (delší – červená, …) jsou molekulami absorbovány..."
Není to v rozporu? Takže když stejný svazek světla proletí prostředím, které pohlcuje červené fotony, tak zůstanou jen modré, ale když zvětšíme vzdálenost, tak najednou červené proletí a zmizí modré? Není to spíš tím, že při kratší vzdálenosti proletí i ty modré a protože jsou více energeticky "vydatné", tak "přesvítí" ty červené? (Slunce ve skutečnosti svítí nejvíc na zelené délce, ne žluté, ale ve vesmíru by bylo vidět spíš trochu do modra/běla).
Reakce na Slunci za vteřinu: 700 mil.tun vodíku -> 695 mil. tun hélia + 4.5 mil.tun energie (96% fotony a 4% neutrina) = spotřeba Země na 1000 let. Fotony vznikají v jádře jako gamma záření (+ neutrina). Fotony opouští Slunce po milionech let, neutrina prakticky okamžitě.
Zachytíme jen asi 1/3 neutrin, protože než vylezou ze Slunce, tak mění svou podobu a my umíme detekovat jen ta elektronová.
Slunce se v současné době skládá z 92% vodíku a 7.8% hélia (vodík tvoří hmotnostně ale jen 3/4, přitom už Slunce spálilo polovinu zásob).
1g vodíku při přeměně uvolní 10^12J energie (basebalová pálka odpalující míček myslím 4J? a dělová koule 100.000 J).
Slunce každou vteřinu vyhodí do vesmíru asi 1 mil.tun plazmy. Za celou dobu jeho životnosti to je jen 0.01% celkové hmoty!
Mám takový dojem, že nám na základní škole kecali (nebo je wiki poněkud nepřesná). Jsme se učili, že první kosmická je 7 km/s a třetí okolo 21 km/s, ale ona závisí na vzdálenosti od Slunce a u Země je 42 km/s (přitom sondy Voyager letí teď asi poloviční rychlostí a to rapidně zrychlovaly průletem okolo planet). (ostatně, na wiki se drobet liší i poslední fáze života Slunce proti jiným zdrojům, hlavně v tom, kdy se začne spalovat hélium, takže je asi nutné ji brát s rezervou).
Jak dlouho trvá bílým trpaslíkům, než zcela vychladnou? Možná bychom se jich měli bát víc než černých děr, protože supernov zase tolik není, ale mrtvolek hvězd našeho typu musí být vesmír plný.
Zpátky k fotonům:
Gamma foton putuje 17 tisíc až 50 mil. let k povrchu, a přitom odevzdává Slunci svou energii, až z něj na konec vznikne většinou viditelné světlo (Slunce emituje široké spektrum, protože asi ne každému fotonu trvá stejně dlouho se z něj dostat; vzhledem k tomu, že nejvíc zastoupené je červené/infra záření, těm modrým a UV se to moc často nepovede).
Nejvrchnější Slunce díky své nižší teplotě je schopna některé fotony úplně pohltit a už dál neemitovat. Životnost fotonu je sice neomezená, ale není nesmrtelný.
Pohlcený foton je z atomu vždy vyzářen v náhodném směru.
* anglická wiki *
Částice (atomy) emitují energii (světlo) jen v určitých hodnotách (zřejmě dané orbitaly elektronů), tudíž vesmír je v tomto ohledu digitální.
Foton má dvě možné kruhové polarizace.
Není úplně jisté, že foton má nulovou hmotnost. Pak by jeho rychlost závisela na jeho frekvenci.
Světlo je vlastně vyzářeno, když elektron přeskočí z jednoho orbitalu na druhý. A pokud např. foton narazí do excitovaného atomu, opustí ho dva fotony (klonování). Atom už ale pak nebude v excitovaném stavu (vyzářený foton je defakto energie).
Je směr vyzáření fotonu dán aktuální pozicí elektronu, který přeskočil?
Atom, který pohltí foton, trochu "ztěžkne", zatímco když ho vyzáří, tak se "odlehčí" (vzorec E=m*c^2, tudíž foton je vlastně energie).
Takže pokud má foton málo (nebo moc) energie, tak ho některé atomy nedokáží "pohltit" nadobro, jako např. molekula vzduchu červené fotony (nebo rostliny zelené fotony)? Je ale možné, aby např. atom absorboval foton o určité energii, a vyzářil ho s energií o něco nižší (postupná změna modrých na červené - elektron by přeskočil na "vyšší" orbital, ale při vyzáření fotonu by se už nevrátil na nižší)? Je energie v tomto případě rovna frekvenci a tedy i barvě světla?
(o kolik orbitalů vlastně může elektron přeskočit směrem "vzhůru"? Je to dané počtem protonů nebo je to jedno?)
Zase je ale uvedeno, že čas nutný k cestě ze středu Slunce na okraj je čas nutný k přenesení energie, ne fotonu, takže foton <> energie?
Tudíž.. rozpadlý atom (např. jen samotný proton) nemůže vlastně generovat (ani pohlcovat) fotony (?).
Sice jsem to nepochopil úplně k dokonalosti, ale nemám zbytek života na studium fotonu (už když to člověk čte, v jednom odstavci 20 odkazů na další články: Co je modře podtržený, to chce vědět Sejkora.. No jo, ale tady je podtržený úplně všecko!)
Asi mi něco uniklo, ale stále mi není jasné, co vlastně foton dělá, že má určitou frekvenci, a že vytváří vlnění. Nebo je to tak, že jako vlna se foton chová až mezi hmotnými částicemi, a podle své frekvence/energie vytváří vlny o různé délce? Např. foton o určité frekvenci dokáže "odpálit" elektron z kovu, pokud má dostatečnou frekvenci (nezávisle na intezitě světla). Tudíž expanze vesmíru by snižovala frekvenci fotonu, tedy prodlužovala "vlnu"?
Tápu, protože když mluvím o frekvenci, většinou v tom vidím kmitání atomů vzduchu, otáčející se pulzar nebo změnu spinu atomu/obíhání elektronu, ale foton určitě žádný elektron nemá. Určitě nejde o "kuličku", která má zimnici S tím souvisí polarizace světla. Vlna se hezky nakreslí na papír, ale určitě foton neletí prostorem s tím, že se potácí "po čáře" jak opilec při policejní kontrole.
Délka vlny je daná frekvencí 1/f, takže jak si mám u fotonu představit jeho frekvenci?
Jak "vypadá" foton, který má frekvenci 0 Hz (pokud takový vůbec může existovat)? Totálně černé nic?
Jestli to není tím, že má představa fotonu jako klasické částice (typu "kulatého" atomu) je v tomto případě spíš zavádějící.
Už jsem si ale stáhl články o elektromagnetickém vlnění, el.mag. záření a vlnách ve vakuu, takže se pokusím nastudovat tohle.
Teď mi došlo, když je energie fotonu daná vztahem E=h*f, a f=c/lambda, není spíš frekvence fotonu jen jeho energie převedená tak, aby se dala použít, když budeme brát světlo jako vlnu? Tudíž že foton defakto neosciluje, ale jen má určitou energii, kterou předává atomům a teprve ty defakto uvolní vlnění?
RE: Debata o nekonečnosti vesmíru - Elevea - 24.04.2014
Foton obsahuje dvě složky pole: elektrickou a magnetickou.
Obě pole v něm rezonují ve směrech, jež jsou kolmé ke směru pohybu a zároveň vůči sobě. Výsledek je ten, že sečtená dráha vektoru těchto polí vytváří šroubovici. Proto má spin. Když dráha výsledného vektoru pole po této šroubovici oběhne 360° vůči ose pohybu, uběhne jedna perioda. Dráha, kterou foton urazí během jedné periody, se nazývá vlnová délka. Počet period za sekundu je potom frekvence.
RE: Debata o nekonečnosti vesmíru - Martin - 24.04.2014
Moc, moc děkuji. Tohle je konečně vysvětlení na úrovni. Logické a jednoduché, že to pochopím i já.
RE: Debata o nekonečnosti vesmíru - Elevea - 24.04.2014
Tak a teď jsi to tu zabil . Ne, vážně... mrknu se ti do učebnice vysokoškolské fyziky, co mám doma a snad ti najdu pár odpovědí...
RE: Debata o nekonečnosti vesmíru - Martin - 24.04.2014
Opravdu Ne že bych z toho teď mohl promovat, ale už je mi jasné trochu složení fotonu, tudíž i to, jak může mít frekvenci, atd.
Já se snad dneska večer stihnu taky trochu dovzdělat. Ono dohánět vysokoškolskou fyziku 10 let po střední škole není jen tak
RE: Debata o nekonečnosti vesmíru - Elevea - 25.04.2014
Jestli projevíš zájem, můžu ti z té učebnice pár stránek nafotit. Kvantová fyzika má tu výhodu, že začíná "odznova", takže to ze začátku nepůsobí tak složitě. Té učebnice se rozhodně nechci zbavit. Stála mě tehdy dva litry (bez studentské slevy pět) a popisuje fyziku od kořínků ke konečkům.
RE: Debata o nekonečnosti vesmíru - Martin - 25.04.2014
Pokud by tě to neobtěžovalo, tak bych byl za to velice vděčný. Neslibuji, že to pochopím, ale určitě si to pročtu.
Po dočtení článků o el.mag vlnění a vlnění obecně:
Hm, tak kdybych si hned na začátku uvědomil, že elektromagnetické vlnění není žádný hokus pokus, ale spadá pod to i el.indukce, mikrovlnná trouba, rádiové vysílání a TV signál, bylo by pochopení fotonu o drobet snadnější
Je to vlastně jen změna (resp. vlnění) elektrického a magnetického pole.
Taky si občas říkáte, jak jste vůbec mohli vystudovat?
RE: Debata o nekonečnosti vesmíru - Elevea - 25.04.2014
Já beru kosmologii jako koníček. Živit bych se tím asi nechtěl. Je to ale úžasný námět k pivu.
RE: Debata o nekonečnosti vesmíru - Martin - 25.04.2014
Já měl dřív jako koníček vesmír, ale spíš šlo o povrchové záležitosti (jako jsou informace o planetách, černých děrách, galaxiích, civilizace, život, atd.). Zatím jsem neměl potřebu řešit do hloubky věci jako je dilatace času, takže tady člověk pak docela narazí. Kromě toho, tím fotonem asi už trochu od kosmologie odbíháme (ale nerad bych pak při "studiu" černých děr zjistil, že to tam je samý foton - což beztak bude ).
No, 'chlastat' kvůli tomu nezačnu
RE: Debata o nekonečnosti vesmíru - Fahu - 25.04.2014
Martin Napsal(a):Ale temné proudění je mi bližší než temná energie.
Prečítal som si o tom niečo a vyzerá to zaujímavo. Takže pokiaľ som to pochopil správne a ak to je na wiki napísané dobre, tak:
Je rozdiel medzi dark flow a dark fluid.
Dark flow označuje možný nenáhodný pohyb kôp galaxií, čo môže byť spôsobené gravitáciou superkôp galaxií (great attractor) alebo (radikálnejší predpoklad) interakciou so susedným vesmírom. Tento fenomén veľmi neovplyvňuje temnú hmotu a energiu.
Dark fluid je teória, ktorá sa snaží vysvetliť pozorovania, ktoré sú normálne vysvetľované temnou hmotou a energiou, pomocou novej teórie gravitácie (rozšírenie všeobecnej teórie relativity). V tejto teórii sa priestor správa ako tekutina, môže prúdiť, stláčať sa a rozpínať sa. Efekty temnej hmoty a temnej energie sú potom špeciálne prípady nových rovníc gravitácie. Dôležité otázky sú "Existuje pozorovanie, ktorým by sa dalo rozlíšiť medzi dark fluid a dark matter + dark energy?", "Je teória dark fluid jednoduchšia?" a "Má teória dark fluid lepšie vysvetľovacie schopnosti?".