Como a luz afeta o universo?

Quando a luz é emitida, por exemplo, por uma estrela, essa estrela perde energia - o que faz com que reduza sua gravidade. Então essa energia começa uma jornada potencialmente bilhões de anos, até atingir outro objeto.

Quando essa luz atinge uma superfície, como outra estrela ou galáxia, ela fornece essa energia à estrela de destino na forma de calor. Isso faz com que o receptor aumente sua energia, restaurando uma espécie de equilíbrio. Também faz com que o receptor emita novamente uma quantidade minuciosa de luz, quase como um reflexo.

Também exercerá pressão sobre a superfície receptora quando chegar ao seu destino, seja uma estrela, uma rocha ou qualquer outra coisa.

Mas enquanto essa luz está viajando pelo espaço, sua energia está "indisponível" para o resto do universo. Naturalmente, faço a seguinte pergunta:

A luz causará gravidade durante a viagem?

Cada estrela emite luz em todas as direções e, eventualmente, alcançará todas as outras estrelas do universo. Em qualquer ponto do universo, deve haver um raio contínuo de luz vindo de todas as outras estrelas do universo, que tem um caminho direto para esse ponto. Dado que todas as estrelas no céu estão enviando fótons que atingem cada centímetro quadrado da superfície da Terra, a quantidade de pressão deve ser bastante grande.

A quantidade de pressão é realmente negligenciável, dado que cada átomo em qualquer superfície está recebendo luz de cada fonte de luz no céu?

Com base em um cálculo encontrado em http://solar-center.stanford.edu/FAQ/Qshrink.html, o sol emitirá durante sua vida útil 0,034% de sua massa total como energia. Supondo que o sol seja mediano e que haja cerca de 10 ^ 24 estrelas no universo, e todas essas estrelas estejam na metade da vida, deve haver energia equivalente à gravidade de 1,7 * 10 ^ 22 sóis distribuídos em todo o universo.

Pergunta antiga, mas abordarei algo que não foi levantado pelas respostas anteriores.

Fótons Fótons CMB (de primeira ordem)$\simeq$

Como os outros já disseram: sim, a luz tem energia e, portanto, gravita. A maior parte dos fótons que permeiam o Universo não é de origem estelar, mas é, de fato, o fundo cósmico de microondas, cuja densidade de energia tem várias ordens de magnitude maiores que os outros fótons, como pode ser visto no gráfico desta resposta a " Densidade numérica dos fótons CMB " . Em termos de densidade numérica, existem 4-500 fótons por cm .$^3$

O espaço é grande e isotrópico

Como os fótons CMB são isotropicamente distribuídos, a pressão de radiação sempre pequena é igual em todas as direções e, portanto, é cancelada. E, embora o tempo todo seja bombardeado por fótons CMB e fótons estelares, o espaço é tão espantosamente grande ( D. Adams, 1978 ) que, se você considerar um fóton aleatório no Universo, a probabilidade de atingir qualquer coisa é insignificante. Aproximadamente 90% dos fótons da CMB viajam por 13,8 bilhões de anos sem atingir nada; os 10% restantes interagiram com os elétrons livres que foram liberados após a reionização, mas não foram absorvidos, apenas polarizados e, de longe, a maioria dessas interações ocorreu logo após a reionização; a essa altura, o Universo simplesmente se expandiu demais.

Os fótons são redshifted

Embora não é a energia em fótons, e, portanto, eles acrescentam à gravitação, em primeiro lugar eles estão homogeneamente distribuída no Universo (e, portanto, puxa igualmente em todas as direções), e segundo a sua densidade de energia é insignificante em comparação com os bárions ( "matéria normal" como gás, estrelas e planetas), matéria escura e energia escura. De fato, suas densidades relativas são . Mas esse não foi sempre o caso. À medida que o universo expande e novo espaço é criado, a densidade da matéria diminui à medida que , onde1 / um 3 um um um / uma $\{\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$é o fator de escala ("tamanho") do universo. O mesmo é verdadeiro para os fótons, mas desde que, adicionalmente, eles estão redshifted proporcionalmente a , a sua densidade de energia diminui à medida que . Isso significa que, à medida que você volta no tempo, a contribuição relativa dos fótons para o orçamento de energia aumenta e, de fato, até o Universo completar 47.000 anos, sua dinâmica era dominada pela radiação.$a$$1/a^4$

Sim, a luz gravita. A carga gravitacional é energia. Bem, a gravidade é uma força de rotação 2, então você também tem momento e tensão, mas eles são análogos a uma generalização da corrente elétrica.

Em geral, qualquer coisa que contribua para o tensor energia-estresse terá algum efeito gravitacional, e a luz faz isso, tendo uma densidade de energia e colocando uma pressão na direção da propagação.

Mas enquanto essa luz está viajando pelo espaço, sua energia está "indisponível" para o resto do universo.

Não é bem assim. Ainda gravita. No entanto, a era dominada pela radiação ocorreu antes de 50 mil anos após o Big Bang, mas já passou muito tempo. Hoje, o efeito gravitacional da radiação é cosmologicamente insignificante. Vivemos uma transição entre eras dominadas pela matéria e dominadas pela energia escura.

Dado que todas as estrelas no céu estão enviando fótons que atingem cada centímetro quadrado da superfície da Terra, a quantidade de pressão deve ser bastante grande.

A pressão da luz em qualquer superfície é proporcional à densidade de energia da luz incidente nela. Assim, podemos verificar essa linha de raciocínio diretamente, observando que o céu está escuro à noite.

Por que está escuro à noite provavelmente merece sua própria pergunta (cf. também o paradoxo de Olbers ), mas é bem claro que é de fato bem pequeno. Para ser justo, devemos verificar mais do que o alcance visível, mas mesmo assim o céu está muito escuro. Assim, em média, a pressão leve é ​​muito pequena.

Temos o privilégio de estar perto de uma estrela, mas mesmo durante o dia, a leve pressão devido ao Sol é da ordem dos micropascais.

... deve haver energia equivalente à gravidade de cerca de 1,7 * 10 ^ 22 sóis distribuídos por todo o universo.

E esta é uma quantidade minúscula. Como você disse, isso equivale a cerca de 0,034% da massa total de estrelas no universo, que por sua vez constitui apenas uma fração da matéria no universo. Então, por que você está surpreso que seu efeito seja insignificante? É literalmente milhares de vezes menor que a incerteza nas medições da quantidade de matéria no universo.

A luz causa gravidade durante a viagem, um claro sim, pela famosa equivalência energia-massa de Einstein . (Compare esta discussão no StackExchange .)

A atração gravitacional da luz é desprezível para outras massas em larga escala. Apenas uma pequena fração da massa de uma estrela é transformada em luz durante sua vida útil, e apenas uma pequena parte da matéria comum já foi uma estrela. Uma fração da matéria comum (partículas modelo padrão) consiste em neutrinos (neutrinos e elétrons são leptons). A matéria bariônica consiste principalmente de hidrogênio e algum hélio (núcleo) formado logo após o big bang.

Uma pequena fração da massa de uma estrela consiste em fótons, saindo da estrela. Essa viagem pode levar milhões de anos .

O efeito da luz nos asteróides não é desprezível, mas não é a força gravitacional. É principalmente o efeito YORP . A poeira também é afetada pela luz.