¿Podría la luz ser materia oscura?

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¿Es posible que la luz misma sea materia oscura? Estoy hablando de fotones (por ejemplo, luz visible, infrarrojo, ultravioleta, etc.). Me doy cuenta de que se entiende que la luz no tiene masa, pero es obvio que al menos contiene energía porque podemos ver con ella (por ejemplo, energiza las células en nuestras retinas). Me pregunto si la luz tiene una "masa neta" muy pequeña (por ejemplo, 0 masa * velocidad relativista infinita). Creo que la luz al menos tiene una pequeña masa, en proporción a su energía. Por ejemplo, tome E = mc ^ 2, luego m = E / c ^ 2 describiría cuánta masa tiene. Si esto es cierto, la luz también debería tener muy poca gravedad. Aunque el efecto parecería mínimo, la luz está prácticamente en todas partes. La gravedad de la luz estaría más concentrada dentro de las galaxias, e incluso más concentrado en el centro de las galaxias donde hay muchas estrellas (como es la materia oscura). Sería interesante realizar los cálculos, suponiendo que la luz tenga gravedad, y ver si esto coincide con las observaciones gravitacionales de la materia oscura en el universo. Sería divertido e irónico si la materia oscura realmente fuera clara.

Editar: Tenga en cuenta que parece que la luz tiene gravedad según las discusiones aquí: ¿Cómo afecta la luz al universo? Si eso es cierto, me pregunto si esto es lo suficientemente significativo como para dar cuenta de la materia oscura.

Jonathan
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Esto parece un poco exagerado y esperaría que si hubiera luz, lo veríamos. Además, creo que todos los modelos cosmológicos explican el efecto de la luz / fotones / radiación. Sin embargo, esta es una correlación extremadamente interesante o una línea de pensamiento de la que creo que estoy absolutamente enamorado. No me siento muy cómodo discutiendo detalles sobre cosmología por mí mismo, me gustaría ver las respuestas que las personas tienen. Entonces, un +1. Además, buen pensamiento, sigan así. Este es el tipo de creatividad que conduce a una gran investigación.
Takku
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La luz se puede detectar y la materia oscura no se puede detectar.
Yashbhatt
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Una pregunta interesante ... si sumas toda la energía de todos los fotones "en tránsito" en el universo (en alguna definición de "ahora") y la equiparas a la masa a través de E = mc ^ 2, ¿es algo significativo? que hacer (se comporta como masa, por ejemplo, tiene gravedad), ¿es esa masa de alguna importancia y, de ser así, explica de alguna manera la llamada materia "faltante" u oscura en nuestro universo, aunque sea solo parcialmente?
Anthony X
1
Interesante. Una idea común es que la materia oscura es un WIMP (partícula masiva que interactúa débilmente). Si bien los fotones no parecen interactuar a través de la débil fuerza nuclear, me pregunto si la unificación de electrodébil podría dar un giro interesante a la idea de la materia oscura del fotón.
HDE 226868
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La luz no tiene masa. Punto final. Una mejor manera de pensarlo es que la energía contribuye a la curvatura espacial que se interpreta como la fuerza de la gravedad. De cualquier manera, el contenido de luz actual del universo es una fuente insignificante de densidad de energía.
Rob Jeffries

Respuestas:

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La materia oscura, es solo un nombre para algo de lo que no sabemos nada. Fue nombrado para dar cuenta de una fuente de gravedad adicional para la cual ha habido observaciones indirectas, pero aún no podemos explicar.

La fuerza de gravedad ejercida por la luz es insignificantemente pequeña, sin embargo, hemos medido la atracción gravitacional de Dark Matter para que sea lo suficientemente grande como para afectar a galaxias enteras; es lo que une a las galaxias.

Además, hemos incluido todo lo que podemos observar (toda la materia ordinaria, incluidos los fotones) cuando hacemos los cálculos de la cantidad de gravedad que debería haber. Entonces la luz ya está ahí. La 'materia oscura' es esa gravedad extra que no podemos explicar.

harogaston
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Parece que la luz puede ser una fuente de gravedad según las preguntas / respuestas a las que me vinculé al final de mi pregunta.
Jonathan
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Gracias por señalar ese artículo. Mientras lo leo, está bastante claro que la gravedad causada por la luz es ridículamente pequeña, pero la materia oscura representa una fuente de gravedad aún mayor que la de la materia ordinaria. Además, incluimos todo lo que podemos observar (toda la materia ordinaria, incluidos los fotones) cuando hacemos los cálculos de la cantidad de gravedad. Entonces ya está ahí. La 'materia oscura' es esa gravedad extra que no podemos explicar.
harogaston
Consideraría ese comentario como una buena respuesta :-) Si modifica su respuesta con esto, si no obtengo nada mejor, probablemente lo acepte como respuesta.
Jonathan
Editado Me alegra que lo hayas explicado lo suficiente.
harogaston
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Esto no es correcto. Se llama "materia oscura" tanto porque no se puede ver, sino también porque la mayoría de ella debe estar en una forma que no interactúe electromagnéticamente. Por lo tanto, la luz no puede ser materia oscura.
Rob Jeffries
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La mayor parte de la energía de la luz en el universo todavía está en el fondo cósmico de microondas (CMB). Primavera 2011 UC Berkeley Physics 250 materiales de clase calculan a partir del hecho de que para el CMB:T=2,73

De ello se deduce que los fotones contribuyen solo 0.0000485 de la densidad de cierre.

La densidad de cierre es la densidad necesaria para cerrar el universo si no hubiera una constante cosmológica. Se ha determinado que la densidad observada del universo es de aproximadamente 0,3 x densidad de cierre.

eshaya
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Por extraño que parezca, esto también responde a una de las otras preguntas que tuve: astronomy.stackexchange.com/questions/4813/… Acepto esto como respuesta a esa pregunta :-)
Jonathan
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Como dijo Yashbhatt, podemos detectar la luz: con nuestros ojos (solo luz visible) y con máquinas especiales. También podemos ver los efectos de algún tipo de luces. La materia oscura, sin embargo, no se puede detectar por ahora.

Además, la luz es energía, la materia oscura es materia. ¿Por qué se broncea tu piel? Es por la luz ultravioleta. ¿Por qué tienes calor cada verano? Es por la luz infrarroja. La luz tiene un efecto, así que eso es energía: su piel no se bronceará si no se proporciona energía para broncearla.

En conclusión, la luz no es materia oscura.

Archa
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"la materia oscura es materia": Hombre, no tenemos ni idea de lo que es la materia oscura. No dejes que la nomenclatura te engañe. Lo siento, pero estás equivocado, amigo.
harogaston
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@horagaston: 'materia' es un término bastante vago sin un significado interdisciplinario completamente consistente. En lo que respecta a la cosmología, la materia oscura es materia. En la relatividad general más abstracto, se podría incluso la luz a también ser 'materia', pero hacer una distinción entre 'materia' y 'radiación' es más útil en la cosmología. En cambio, me preocuparía un poco la afirmación de que "la luz es energía", es una afirmación sin sentido, porque la energía es una propiedad de las cosas, tanto la luz como la materia.
Stan Liou
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@StanLiou bueno, para mí decir "la materia oscura es materia" está mal, no importa qué significado le asignes. Porque NO SABEMOS qué es la materia oscura. Tan pronto como lo defina como algo que está engañando. Pero está bien, no le daré más relevancia que esta.
harogaston
3

La luz puede representar una pequeña porción de materia oscura, pero es poco probable que represente la mayor parte / toda.

De un artículo de Wikipedia sobre materia oscura: http://en.wikipedia.org/wiki/Dark_matter

la masa total de energía del universo conocido contiene 4.9% de materia ordinaria, 26.8% de materia oscura y 68.3% de energía oscura. [2] [3] Por lo tanto, se estima que la materia oscura constituye el 84.5% de la materia total en el universo, mientras que la energía oscura más la materia oscura constituyen el 95.1% del contenido total del universo. [4] [5]

Ahora que lo pienso más, esto significaría que la mayor parte de la masa en el universo sería luz en lugar de materia si la materia oscura es luz. Dudo que la mayoría de la materia (p. Ej., En las estrellas) se haya convertido en luz, incluso a lo largo de la vida del universo. Creo que el hidrógeno pierde solo una pequeña porción de su masa (como energía / luz) cuando se funde en Helio. Sin embargo, es posible que la radiación de fondo cósmica, que pasa a través de casi todas las partes del universo, pueda explicar más de la luz. Todavía dudo que eso sea suficiente para explicar la materia oscura, pero me gustaría ver qué efecto tiene esto. Esto me dice que la luz probablemente no explica toda la materia oscura, pero que aún podría explicar una parte de ella. Agradezco más información sobre esto (por ejemplo, qué cantidad de materia oscura es clara, si la hay).

Jonathan
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La explicación de Layman aquí, así que tómala por lo que vale.

La materia oscura tiene un efecto gravitacional localizado (localizado en las galaxias, sí, pero no obstante localizado); su existencia se hipotetiza sobre la base de este efecto observado.

Si la materia oscura se distribuyera por igual en todo el universo, no podría tener un efecto localizado, sino que su efecto se observaría en la tasa general de expansión (o contracción) del universo; y, en cualquier caso, no podría permanecer distribuido por igual, sino que comenzaría a agruparse con la materia visible ordinaria.

Entonces, la materia oscura tiene que agruparse para que haya más dentro y alrededor de las galaxias, y menos en el espacio intergaláctico.

La luz, sin embargo, no podía agruparse de esta manera. Mientras que parte de la luz generada en una galaxia golpea parte de la materia en esa galaxia y se absorbe, o golpea un agujero negro en esa galaxia y queda atrapada allí hasta el final de los tiempos, en su mayor parte la luz emitida por un cuerpo celeste llegará al espacio intergaláctico, y a menos que el universo sea lo suficientemente denso como para colapsar, esa luz nunca volverá a su galaxia.

Además, como han señalado otros, se postula la materia oscura porque la materia visible en las galaxias es insuficiente para explicar su rotación. Dado que la materia visible tiene de lejos más masa que la luz emitida por esa materia (en múltiples órdenes de magnitud), pero es insuficiente para dar cuenta de la rotación de las galaxias, entonces seguramente la masa radicalmente menor de la luz emitida debe ser necesariamente uniforme menos suficiente y, por lo tanto, no podría ser una explicación de lo que es la materia oscura.

Entonces no, la materia oscura no es luz.

EvilSnack
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La luz tiene ciertamente una masa gravitacional. La luz también se dispersa en el espacio con el inverso del cuadrado de la distancia. Eso significa que su peso es más fuerte en todo el disco de galaxias donde están las fuentes de luz. Tal como se supone que es la materia oscura. La luz local más fuerte en las galaxias se agregará a toda la luz de las fuentes intergalácticas y CMB, que es más o menos igual en todo el universo, y también debería tener un efecto en las galaxias. El punto es cuánto pesa la luz en todo el espectro EM en los pesos espaciales interestelares. Es claramente despreciable en los sistemas solares cerca de las estrellas, en comparación con la masa regular, pero tal vez no si se agrega toda la luz en el gran espacio entre las estrellas. Además, agregue la gravedad de la luz en el espacio "vacío" entre las galaxias (la rotación de las galaxias también debe verse afectada por la gravedad de la luz y materia entre galaxias). Creo que los astrónomos deben haber tenido esto en cuenta, pero no puedo encontrar la cantidad calculada en ninguna parte (no soy astrónomo, tal vez esté en muchos libros especializados de astronomía, no lo sé). Sospecho de todos modos que el peso ligero es mucho, mucho menos de lo requerido para ser la materia oscura, pero no tengo los números. Si alguien los tiene ...

Fernando C.
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La mejor manera de proceder sería editar esto y agregar información adicional.
uhoh