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¿Por qué mi cálculo de que deberíamos ver el Sol más allá del universo observable no es válido?

Recientemente he leído un interesante artículo en el que afirma que un ser humano puede percibir un destello de tan poco como 5 o así que los fotones, y el ojo humano sí puede incluso percibir un solo fotón. El cerebro filtro de esto, sin embargo.

Yo quería calcular a qué distancia tendría que estar en pie de nuestro sol para que ni una sola de sus fotones a golpear a su alumno a través de un segundo.

La primera cosa que hizo fue asumir que el sol emite $10^{45}$ fotones por segundo, porque, además, que el único número que me podría encontrar a través de internet.

El siguiente paso es asumir que el promedio del ángulo entre los fotones emitidos por el sol es prácticamente el mismo, y es igual a $3.6 × 10^{-43}$ grados.

El siguiente paso es asumir que el promedio de diámetro de la pupila es de 0.005 metros, y luego dibujar un triángulo tal que así:

cruddy drawing

La longitud de la línea blanca a través del centro de un triángulo es igual a la distancia en la que dos fotones del sol sería más aparte de su pupila es amplia, es decir, no incluso un fotón debe golpear a su ojo.

Se me rompió el triángulo en dos partes y resuelto por la línea blanca utilizando la ley de los senos, y mi resultado final es ridículo.

$3.97887×10^{41} $ metros es la longitud de la línea blanca. Para referencia, que es más de $10^{14}$ veces el diámetro del universo observable.

Mi conclusión dice que no importa cuán lejos quieres llegar desde el sol dentro de nuestro universo observable, no sólo en caso de que algunos de los fotones golpeando su alumno, sino que debe ser más que suficiente para percibir visualmente.

Pero si estaba en lo cierto, me gustaría ver un montón más estrellas desde muy lejos cada noche, cuando miré hacia el cielo. Por qué es que mi cálculo incompatible con lo que yo veo?

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Mark H Puntos 2378

El problema con la derivación es la que distribuye los fotones de más de 360° de la circunferencia, de modo que los fotones no sólo se extendió a cabo en una de dos dimensiones círculo. Esto significa que la intensidad de la luz disminuye a una tasa proporcional a $1/r$ en lugar de $1/r^2$ (donde $r$ es la distancia desde el centro del sol) como en un universo tridimensional.

Así, comenzando con $N$ fotones emitidos por segundo, la intensidad de los fotones a una distancia de $r$ desde el sol está dada por $$I = \frac{N}{4\pi r^2}.$$ Esto viene de la propagación de los fotones sobre la superficie de una esfera que rodea al sol.

El número de fotones vistos por el ojo por segundo es sólo la intensidad multiplicada por el área del iris de sus ojos: $$n = IA_\text{eye} = \frac{N}{4\pi r^2}A_\text{eye}.$$ Usted está buscando la distancia más allá de los que iba a ver a menos de un fotón por segundo: $$n = \frac{N}{4\pi r^2}A_\text{eye} \lt 1$$ La solución para $r$da $$r > \sqrt\frac{NA_\text{eye}}{4\pi}$$ Conectar sus números da $$r > \sqrt{\frac{(10^{45})\pi(0.005\,\textrm{m}/2)^2}{4\pi}} = 4\cdot10^{19} \,\textrm{m} \approx 4000\,\textrm{light-years}$$ Esta distancia es todavía dentro de nuestra propia galaxia.

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Stilez Puntos 154

Hay un segundo error. No sólo se distribuyen los fotones más de un círculo, no es una esfera, no tomar el tiempo y la expansión cósmica en cuenta. Los dos están completamente separados, pero ambos de ellos cada afectar a lo que quieres ver.

Imagina un fotón de salir el sol. Imaginar de alguna manera, su ojo puede ver los fotones individuales, de modo que no tiene que preocuparse por la distancia y la sensibilidad de los ojos (después de todo, los telescopios pueden ver los fotones a través de miles de millones de.años luz. Sólo a simple vista no se).

Ahora, si tu ojo es cósmicamente hablando, cerca del sol - es decir, en el mismo cluster o mas de.las galaxias fácil. Fotón llega, se puede ver, listo.

Pero usted se está preguntando sobre el universo observable. Así que el fotón viaja miles de millones de años a los ojos... y durante ese tiempo, el espacio mismo se expande. Como el espacio se expande, los fotones de longitud de onda crece demasiado. La longitud de onda y la frecuencia están relacionados, por lo que la frecuencia de los cambios. En astrónomo de la palabra, la luz es de color rojo desplazado, lo que significa que ahora es más larga la longitud de onda que antes (en la luz visible, la roja es la más visible de longitud de onda, de ahí el nombre).

El resultado final es, por el momento en que los fotones de los suns de phoenix de la luz ha recorrido una parte del camino a través del universo visible, la luz puede no ser más visibles. Puede haber sido estirada al infra-rojo o longitudes de onda de radio en su lugar.

Lo que significa que incluso con los ojos capaz de detectar los fotones individuales, no se podía ver el sol de todo el universo visible. "Detectar" sí, "ver" no. Porque en el momento de su fotones podrían llegar a usted, que estaría fuera de los límites (rango de frecuencias visibles) que el ojo puede ver.

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void Puntos 21

Si el sol emite $N=10^{45} $ fotones por segundo, un observador a una distancia de $R$ recibirá $N/4\pi R^2$ fotones por segundo y por unidad de área. Si el ojo humano tiene radio acerca de $r=10^{-3} m$, recibirá 1 de fotones por segundo si

$$\frac{N\pi r^2}{4\pi R^2} =1, $$

$$R \sim \sqrt{N} r \sim 10^{20} m\sim 1 kpc. $$

Esto es menos que el tamaño del universo.

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TheHippo Puntos 11900

Además de los otros errores señalados en otros posts, incluyendo la asunción de un universo 2d, la suposición de que podemos percibir fotones individuales, la suposición de que el fotón sigue siendo de la misma longitud de onda por el tiempo que nos llega, no hay uno mas grande en lugar del factor, a saber, la suposición de que el espacio está completamente vacía, de lo contrario tendrá que tomar la atenuación en cuenta.

Esto incluso tiene un nombre, la extinción interestelar, en referencia a la extinción de los fotones a través de la absorción o dispersión de polvo interestelar o de gas a lo largo de sus rutas.

[Wikipedia] La cantidad de extinción puede ser significativamente mayor que esta en direcciones específicas. Por ejemplo, algunas regiones del Centro de la galaxia están inundadas con evidente intervenir polvo oscuro de nuestro brazo espiral (y quizá otros) y de ellos mismos en un bulto de materia densa, causando tanto como más de $30$ magnitudes de extinción en la óptica, lo que significa que menos de $1$ óptica de fotones en $10^{12}$ pasa a través de.

Tenga en cuenta que la vía Láctea no es plana, y nos sentamos aproximadamente en la mitad de uno de sus brazos espirales, por lo que cualquier luz tiene que pasar a través de una significativa cantidad de materia interestelar en nuestra propia galaxia antes de que pueda llegar a nosotros. Ver aquí para una simple diagrama. Más allá de eso, también hay bastante polvo en el borde de nuestra galaxia, y intergaláctico polvo entre las galaxias.

De hecho, la observó bajo estelar de la EBL (luz de fondo extragaláctica) es principalmente debido a intergaláctico opacidad, tiene un efecto mucho mayor que el oscurecimiento por las galaxias. Y ambos, junto con la relativamente pequeña corrección para finito de la edad y de la expansión del universo, parecen dar cuenta de lo observado EBL.

Por supuesto, también tenemos la extinción atmosférica, y también se puede calcular aproximadamente cuánto se pierde en el momento que alcanza el nivel del mar.

2voto

user193445 Puntos 11

El universo observable en realidad está definido por la velocidad de la luz y el tiempo desde que el universo comenzó a existir en una forma reconocible, no por la ley del cuadrado inverso de la disminución de la intensidad de la luz. La razón por la que no podemos ver objetos estelares desde más allá de esa distancia (incluso con la ayuda de radiotelescopios) es porque no hay nadie lo suficientemente viejo como para que su luz nos haya alcanzado.

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