Comment la lumière affecte-t-elle l'univers?

Lorsque la lumière est émise par exemple par une étoile, cette étoile perd de l'énergie - ce qui lui fait réduire sa gravité. Ensuite, cette énergie commence un voyage pendant potentiellement des milliards d'années, jusqu'à ce qu'elle atteigne un autre objet.

Lorsque cette lumière atteint une surface, telle qu'une autre étoile ou galaxie, elle donnera cette énergie à l'étoile de destination sous forme de chaleur. Le récepteur augmente ainsi son énergie, rétablissant à son tour une sorte d'équilibre. Cela provoque également le récepteur à émettre à nouveau une minute de plus de lumière, presque comme une réflexion.

Il exercera également une pression sur la surface de réception une fois qu'il aura atteint sa destination, que ce soit une étoile, un rocher ou autre chose.

Mais pendant que cette lumière voyage dans l'espace, son énergie est "indisponible" pour le reste de l'univers. Naturellement, je pose la question suivante:

La lumière provoquera-t-elle la gravité pendant son voyage?

Chaque étoile émet de la lumière dans toutes les directions et finira par atteindre toutes les autres étoiles de l'univers. En tout point de l'univers, il doit y avoir un rayon de lumière continu provenant de chaque autre étoile de l'univers, qui a un chemin direct vers ce point. Étant donné que toutes les étoiles du ciel envoient des photons qui atteignent chaque centimètre carré de la surface de la terre, la quantité de pression devrait être assez élevée.

La quantité de pression est-elle vraiment négligeable, étant donné que chaque atome sur n'importe quelle surface reçoit de la lumière de chaque source lumineuse unique dans le ciel?

Sur la base d'un calcul trouvé sur http://solar-center.stanford.edu/FAQ/Qshrink.html, le soleil émettra au cours de sa vie 0,034% de sa masse totale sous forme d'énergie. En supposant que le soleil est moyen, et qu'il y a environ 10 ^ 24 étoiles dans l'univers, et que toutes ces étoiles en moyenne sont à mi-chemin de leur vie, il devrait y avoir une énergie équivalente à la gravité d'environ 1,7 * 10 ^ 22 soleils répartis à travers l'univers.

Vieille question, mais je vais aborder quelque chose qui n'a pas été soulevé par les réponses précédentes.

Photons photons CMB (au premier ordre)$\simeq$

Comme les autres l'ont déjà dit: oui, la lumière a de l'énergie et donc elle gravite. Cependant, la majeure partie des photons qui imprègnent l'Univers ne sont pas d'origine stellaire, mais sont en fait le fond cosmique des micro-ondes, dont la densité d'énergie est supérieure de plusieurs ordres de grandeur à celle d'autres photons, comme le montre le graphique de cette réponse à " Densité en nombre de photons CMB " . En termes de densité numérique, il y a 4 à 500 photons par cm 3 .$^3$

L'espace est grand et isotrope

Étant donné que les photons CMB sont distribués de façon isotrope, la pression de rayonnement toujours aussi petite est égale dans toutes les directions, et s'annule donc. Et bien que nous soyons constamment bombardés par les photons CMB et les photons stellaires, l'espace est si époustouflant ( D. Adams, 1978 ) que si vous considérez un photon aléatoire dans l'Univers, la probabilité qu'il frappe n'importe quoi du tout est négligeable. Environ 90% des photons CMB ont voyagé pendant 13,8 milliards d'années sans rien toucher; les 10% restants ont interagi avec les électrons libres qui ont été libérés après la réionisation, mais n'ont pas été absorbés, juste polarisés, et de loin la plupart de ces interactions ont eu lieu peu de temps après la réionisation; maintenant, l'Univers s'est simplement trop étendu.

Les photons sont décalés vers le rouge

$\{\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$$a$$1/a^4$

Oui, la lumière gravite. La charge gravitationnelle est l'énergie. Eh bien, la gravité est une force de spin-2, vous avez donc également un momentum et une contrainte, mais ils sont analogues à une généralisation du courant électrique.

En général, tout ce qui contribue au tenseur d'énergie de contrainte aura un certain effet gravitationnel, et la lumière le fait, ayant à la fois une densité d'énergie et une pression dans le sens de la propagation.

Mais pendant que cette lumière voyage dans l'espace, son énergie est "indisponible" pour le reste de l'univers.

Pas assez. Il gravite toujours. Cependant, l'ère dominée par les radiations était antérieure à environ 50 000 ans après le Big Bang, mais elle est révolue depuis longtemps. Aujourd'hui, l'effet gravitationnel du rayonnement est cosmologiquement négligeable. Nous vivons dans une transition entre des époques dominées par la matière et dominées par l'énergie sombre.

Étant donné que toutes les étoiles du ciel envoient des photons qui atteignent chaque centimètre carré de la surface de la terre, la quantité de pression devrait être assez élevée.

La pression lumineuse sur n'importe quelle surface est proportionnelle à la densité d'énergie lumineuse qui y est incidente. Ainsi, nous pouvons vérifier directement ce raisonnement en observant que le ciel est sombre la nuit.

La raison pour laquelle il fait sombre la nuit mérite probablement sa propre question (cf. aussi le paradoxe d'Olbers ), mais il est assez clair qu'il est en fait assez petit. Pour être juste, nous devons vérifier plus que la plage visible, mais même ainsi, le ciel est assez sombre. Ainsi, en moyenne, la pression lumineuse est très faible.

Nous avons le privilège d'être près d'une étoile, mais même pendant la journée, la légère pression due au Soleil est de l'ordre des micropascals.

... il devrait y avoir une énergie équivalente à la gravité d'environ 1,7 * 10 ^ 22 soleils répartis dans l'univers.

Et c'est une toute petite quantité. Comme vous venez de le dire, cela équivaut à environ 0,034% de la masse totale des étoiles dans l'univers, qui à son tour ne constitue qu'une fraction de la matière dans l'univers. Alors pourquoi êtes-vous surpris que son effet soit négligeable? C'est littéralement des milliers de fois moins que l'incertitude dans les mesures de la quantité de matière dans l'univers.

La lumière provoque la gravité en voyage, un oui clair, par la célèbre équivalence masse-énergie d'Einstein . (Comparez cette discussion sur StackExchange .)

L'attraction gravitationnelle de la lumière est négligeable par rapport aux autres masses à grande échelle. Seule une petite fraction de la masse d'une étoile est transformée en lumière au cours de sa vie, et seule une petite partie de la matière ordinaire a jamais été une étoile. Une fraction de la matière ordinaire (particules de modèle standard) est constituée de neutrinos (les neutrinos et les électrons sont des leptons). La matière baryonique est principalement constituée d'hydrogène et d'hélium (noyaux) formés peu de temps après le big bang.

Une petite fraction de la masse d'une étoile est constituée de photons, sortant de l'étoile. Ce voyage peut prendre des millions d'années .

L'effet de la lumière sur les astéroïdes n'est pas négligeable, mais ce n'est pas l'attraction gravitationnelle. C'est principalement l' effet YORP . La poussière est également affectée par la lumière.