¿Cómo afecta la luz al universo?

Cuando, por ejemplo, una estrella emite luz, esa estrella pierde energía, lo que hace que reduzca su gravedad. Entonces esa energía comienza un viaje por miles de millones de años, hasta que alcanza otro objeto.

Cuando esa luz alcanza una superficie, como otra estrella o galaxia, le dará esa energía a la estrella de destino en forma de calor. Esto hace que el receptor aumente su energía, restaurando una especie de equilibrio. También hace que el receptor vuelva a emitir una pequeña cantidad de luz, casi como un reflejo.

También superará la presión sobre la superficie receptora una vez que llegue a su destino, ya sea una estrella, una roca o cualquier otra cosa.

Pero mientras esa luz viaja por el espacio, su energía "no está disponible" para el resto del universo. Naturalmente hago la siguiente pregunta:

¿La luz causará gravedad mientras viaja?

Cada estrella emite luz en todas las direcciones, y eventualmente llegará a todas las demás estrellas del universo. En cualquier punto único del universo, debe haber un rayo continuo de luz proveniente de cada una de las otras estrellas del universo, que tenga un camino directo a ese punto. Dado que todas las estrellas en el cielo están enviando fotones que alcanzan cada centímetro cuadrado de la superficie terrestre, la cantidad de presión debería ser bastante grande.

¿Es realmente insignificante la cantidad de presión, dado que cada átomo en cualquier superficie está recibiendo luz de cada fuente de luz en el cielo?

Según un cálculo que se encuentra en http://solar-center.stanford.edu/FAQ/Qshrink.html, el sol emitirá durante su vida el 0.034% de su masa total como energía. Suponiendo que el sol es promedio, y que hay alrededor de 10 ^ 24 estrellas en el universo, y todas estas estrellas en promedio están a la mitad de su vida útil, debería haber energía equivalente a la gravedad de aproximadamente 1.7 * 10 ^ 22 soles distribuidos en todo el universo.

Antigua pregunta, pero abordaré algo que no ha sido mencionado por las respuestas anteriores.

Fotones CMB fotones (a primer orden)$\simeq$

Como los otros ya han dicho: sí, la luz tiene energía y, por lo tanto, gravita. Sin embargo, la mayor parte de los fotones que impregnan el Universo no es de origen estelar, sino que de hecho es el fondo cósmico de microondas, cuya densidad de energía es de varios órdenes de magnitud más grande que otros fotones, como se ve en el gráfico de esta respuesta a " Densidad numérica de fotones CMB " . En términos de densidad numérica, hay 4-500 fotones por cm .$^3$

El espacio es grande e isotrópico.

Dado que los fotones CMB están distribuidos isotrópicamente, la presión de radiación cada vez menor es igual en todas las direcciones y, por lo tanto, se cancela. Y aunque estamos bombardeados todo el tiempo por fotones CMB y fotones estelares, el espacio es tan increíblemente grande ( D. Adams, 1978 ) que si considera un fotón aleatorio en el Universo, la probabilidad de que golpee algo es despreciable. Aproximadamente el 90% de los fotones CMB han viajado durante 13.8 mil millones de años sin golpear nada; el 10% restante interactuó con los electrones libres que se liberaron después de la reionización, pero no se absorbieron, solo se polarizaron y, con mucho, la mayoría de estas interacciones tuvieron lugar poco después de la reionización; por ahora, el universo simplemente se ha expandido demasiado.

Los fotones se desplazan al rojo

Aunque no es la energía en forma de fotones, y por lo tanto añadir a la gravitación, primero de todo lo que están homogéneamente distribuidos en el Universo (y por tanto tira igualmente en todas las direcciones), y segundos su densidad de energía es insignificante en comparación con bariones ( "materia normal" como gas, estrellas y planetas), materia oscura y energía oscura. De hecho, sus densidades relativas son . Pero éste no siempre fue el caso. A medida que el Universo se expande y se crea un nuevo espacio, la densidad de la materia disminuye a , donde1 / a 3 a a 1 / a $\{\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$es el factor de escala ("tamaño") del Universo. Lo mismo es cierto para los fotones, pero dado que además se desplazan hacia el rojo proporcionalmente a , su densidad de energía disminuye a . Eso significa que a medida que retrocede en el tiempo, la contribución relativa de los fotones al presupuesto de energía aumenta, y de hecho hasta que el Universo tenía 47,000 años, su dinámica estuvo dominada por la radiación.$a$$1/a^4$

Sí, la luz gravita. La carga gravitacional es la energía. Bueno, la gravedad es una fuerza de spin-2, por lo que también tienes impulso y estrés, pero son análogos a una generalización de la corriente eléctrica.

En general, cualquier cosa que contribuya al tensor de energía de estrés tendrá algún efecto gravitacional, y la luz lo hace, teniendo una densidad de energía y ejerciendo una presión en la dirección de propagación.

Pero mientras esa luz viaja por el espacio, su energía "no está disponible" para el resto del universo.

No exactamente. Todavía gravita. Sin embargo, la era dominada por la radiación fue antes de unos 50 mil años después del Big Bang, pero ya pasó mucho tiempo. Hoy el efecto gravitacional de la radiación es cosmológicamente insignificante. Vivimos en una transición entre las épocas dominadas por la materia y la energía oscura.

Dado que todas las estrellas en el cielo están enviando fotones que alcanzan cada centímetro cuadrado de la superficie terrestre, la cantidad de presión debería ser bastante grande.

La presión de la luz sobre cualquier superficie es proporcional a la densidad de energía de la luz que incide sobre ella. Por lo tanto, podemos verificar esta línea de razonamiento directamente observando que el cielo está oscuro por la noche.

Probablemente merece su propia pregunta por qué está oscuro por la noche (véase también la paradoja de Olbers ), pero está bastante claro que, de hecho, es bastante pequeño. Para ser justos, deberíamos verificar más que el rango visible, pero aun así el cielo está bastante oscuro. Así, en promedio, la presión ligera es muy pequeña.

Tenemos el privilegio de estar cerca de una estrella, pero incluso durante el día, la ligera presión debida al Sol está en el orden de los micropascales.

... debería haber energía equivalente a la gravedad de aproximadamente 1.7 * 10 ^ 22 soles distribuidos por todo el universo.

Y esta es una pequeña cantidad. Como acabas de decir, este es el equivalente de aproximadamente el 0.034% de la masa total de estrellas en el universo, que a su vez constituye solo una fracción de la materia en el universo. Entonces, ¿por qué te sorprende que su efecto sea insignificante? Es literalmente miles de veces menos que la incertidumbre en las mediciones de la cantidad de materia en el universo.

La luz causa gravedad mientras viaja, un claro sí, por la famosa equvalencia de masa-energía de Einstein . (Compare esta discusión en StackExchange ).

La atracción gravitacional de la luz es insignificante para otras masas a gran escala. Solo una pequeña fracción de masa de una estrella se transforma en luz durante su vida útil, y solo una pequeña parte de la materia ordinaria ha sido alguna vez una estrella. Una fracción de la materia ordinaria (partículas del modelo estándar) consiste en neutrinos (los neutrinos y los electrones son leptones). La materia bariónica se compone principalmente de hidrógeno y algo de helio (núcleo) formado poco después del Big Bang.

Una pequeña fracción de masa de una estrella consiste en fotones, que salen de la estrella. Este viaje puede llevar millones de años .

El efecto de la luz sobre los asteroides no es despreciable, pero no es la atracción gravitacional. Es principalmente el efecto YORP . El polvo también se ve afectado por la luz.