Сколько весит тень?

На первый взгляд вопрос о весе тени кажется глупым. Даже, если у тени есть какой-нибудь  вес, то он должен быть настолько мал, что его возможно измерить только техникой для микрочастиц. Также существует другой вопрос, имеет ли свет вес, так как он, так или иначе, должен наделять определенным весом любой объект?

Оба этих вопроса кажутся странными, но достаточно интересными, поэтому я и решил в них разобраться.

Давайте для начала вспомним Питера Пэна, говорят, у него была живая тень, но она была настолько незначительной, что кажется весила не больше сигаретного дыма. Питер Пэн был, конечно, вымышленным персонажем, хотя на квантовом уровне, возможно, это и не имеет значения, и его создатель, Дж.М. Барри, не имел достаточного количества научных знаний.

В самом деле, используя одну из систем отсчета, можно сделать вывод, что наши тени на самом деле весят меньше, чем ничего. Четыреста лет назад астроном Иоганн Кеплер заметил, что хвосты комет всегда обращены в сторону от Солнца, и пришел к выводу, что солнечные лучи оказывают давление, которое уносит частицы в сторону. В конце 19 века физик Джеймс Клерк Максвелл сформулировал уравнение для подсчета давления света, которое было подтверждено экспериментально в 1903 году.

Надеюсь, вы понимаете, к чему я клону. Если вы стоите, и на вас падают лучи солнца, вы создаете  зону пониженного давления, покрытую тенью. По сравнению с остальной частью пейзажа, ваша тень (или, точнее, площадь, которую она покрывает) весит меньше.

Насколько меньше ? Ненамного. Давление солнечных лучей невероятно мало: менее миллиардной Па на земной поверхности. Другими словами, потребовалось бы несколько миллионов человеческих теней для учета одного фунта силы света, находящегося в тени. Свет, падающий на город Чикаго, имеет общую силу около 1334Н.

Тем не менее, очень маленький не означает, несущественный. Для того, чтобы японский космический зонд «Хаябуса» приблизился к астероиду Итокава в 2005 году, парил рядом с ним, а также не взорвал его или столкнулся с ним, было учтено давление света, равное 1 проценту тяги двигателя зонда. Это было сделано с невероятной точностью, поэтому зонд смог приземлиться на астероид, собрать образцы пыли и вернуться на Землю в июне 2010 года.

Другим, не менее интересным, объектом является японский солнечный парусник IKAROS, мечтa писателей-фантастов на протяжении по крайней мере 50-ти лет, был,  наконец, запущен в мае прошлого года. Идея состояла в том, что солнечный парус использовал для своего движения давление света, солнечный ветер (слабый поток заряженных частиц, истекающий из солнечной короны) и полезную нагрузку.  В июне IKAROS успешно поднял свой парус, квадрат ультратонкой пленки толщиной 7,5 мкм, оснащенный солнечной батареей, служащей источником питания. В июле японскoe космическое агентство сообщило, что IKAROS двигается вперед с помощью солнечного давления, равного 1,12 мН, что, в принципе, не так и много. Но эта сила вырабатывается солнечными лучами, и это бесплатно! Ученым  сделали это на расстоянии более четырех миллионов километров! Это заслуживает уважения.

В 2010 году исследователи  из Австралийского Национального университета, показали, что свет может быть использован, чтобы поднимать крошечные частицы и перемещать их на расстояние 12 дюймов (30 см). Они полагали, что в конечном итоге смогут сделать то же самое на расстоянии 33 футов (10 метров), которое также не кажется таким уж большим. Однако, если крошечная частица является смертельным вирусом, живой клеткой или молекулой газа, которые невозможно переместить другим способом … вы понимаете о чем я.

Итак,  является ли вопрос о весе тени глупым? В общем-то, да. Однако, в поисках ответа на этот глупый вопрос, мы делаем небольшой, но очень значительный шаг, пытаясь понять, что такое сравнительно малый вес? Ранее этим вопросом задавались  Кеплер, Максвелл, а теперь и мы.