Radiaţia corpului negru induce o forţă de atracţie mai puternică decât gravitaţia. Aceasta este concluzia unui studiu privind forţa atractivă a corpului negru generată de radiaţia sa, lucrare publicată de oamenii de ştiinţă de la Universitatea din Innsbruck.
Obiectele care absorb toată radiaţia electromagnetică, numite corpuri negre, generează o radiaţie specifică numită radiaţia corpului negru, la o temperatură constantă. Deşi proprietăţile radiaţiei corpului negru depind de temperatura acestuia, această radiaţie a fost întotdeauna considerată a provoca un efect de respingere. Acum, într-un nou studiu, oamenii de ştiinţă au demonstrat teoretic că radiaţia corpului negru induce o forţă secundară asupra atomilor şi moleculelor din apropiere care este, de obicei, atractivă şi, destul de surprinzător, chiar mai puternică decât radiaţia ce provoacă forţa de respingere. Prin urmare, atomii şi moleculele sunt atrase spre suprafaţa corpului negru de o forţă atractivă care poate fi chiar mai puternică decât gravitaţia. Noua forţă atractivă, pe care oamenii de ştiinţă o numesc „forţa corpului negru", sugerează că o mulţime de ipoteze astrofizice ar trebui să fie revizuite.
Oamenii de ştiinţă, M. Sonnleitner, din cadrul University of Innsbruck şi Innsbruck Medical University din Austria, M. Ritsch-Marte din cadrul Innsbruck Medical University şi H. Ritsch din partea University of Innsbruck, au publicat studiul lor privind forţa atractivă a corpului negru, generată de radiaţia acestuia, într-o ediţie recentă a Physical Review Letters.
Radiaţia corpului negru induce o forţă de atracţie mai puternică decât gravitaţia. O reprezentare artistică a interacţiunii dintre un atom şi un corp negru fierbinte. Datorită forţei de atracţie a corpului negru, atomul este atras spre corpul negru. Credit: M. Sonnleitner, et al. ©2013 American Physical Society.
Conceptele de bază privind noua forţă se cunoşteau de cel puţin o jumătate de secol: radiaţia corpului negru deplasează nivelele energiei din atomii şi molecule din apropiere. În cadrul acestor deplasări, starea fundamentală a atomului sau moleculei este mutată corespunzător unei energii mai mici cu o valoare care este proporţionala cu puterea a patra a temperaturii corpului negru. În concluzie, cu cât este mai cald corpul negru, cu atât este mai mare deplasarea spectrului energetic.
Cu toate acestea, deşi aceste fapte au fost cunoscute de mult timp, potenţialele consecinţe ale acestor schimbări energetice ce au loc la nivelul atomului, au fost trecute cu vederea până în prezent. În cadrul noului studiu, oamenii de ştiinţă au arătat pentru prima dată că deplasările energetice induse de radiaţia corpului negru se pot combina pentru a genera o forţă atractivă care depăşeşte în intensitate forţa repulsivă cauzată de presiunea radiaţiei corpului negru. Acest lucru înseamnă că, în ciuda fluxului de energie radiativă, o sferă finită, fierbinte, atrage atomii neutri şi moleculele în loc să le respingă, în cele mai multe cazuri.
„Cel mai important rezultat este că am arătat că forţele cauzate de radiaţiile emise, care sunt, de obicei, în legătură cu laserele din laborator, există, de asemenea, pentru fiecare sursă de radiaţie termică", a declarat Sonnleitner pentru Phys.org. „Interacţiunea dintre aceste două forţe, una de tip atractiv şi o alta de respingere, cauzată de presiunea radiaţiilor, este considerată ca fiind obişnuită în laboratoarele de optică cuantică, dar această interacţiune apare şi în cazul surselor de lumină caldă, fapt de care nu s-a ţinut cont până în prezent".
După cum au explicat oamenii de ştiinţă, această atracţie se produce deoarece atomii şi moleculele, ale căror stări fundamentale sunt deplasate către nivelele inferioare de energie, sunt atrase spre regiunile cu o intensitate mai mare a radiaţiilor, în acest caz corpurile negre. Oamenii de ştiinţă au calculat intensitatea forţei de atracţie şi au descoperit unele lucruri interesante. În primul rând, intensitatea forţei scade cu puterea a treia a distanţei faţă de corpul negru. În al doilea rând, forţa este mai puternică pentru obiectele mai mici. În al treilea rând, forţa este mai puternică pentru obiectele mai fierbinţi, până la un anumit punct. La temperaturi de peste câteva mii de grade Kelvin, caracterul forţei se schimbă, ea transformându-se dintr-o forţă de atracţie una de respingere.
În studiul lor, oamenii de ştiinţă au arătat că forţa corpului negru generată de un bob de praf aflat la temperatura de 100 K este mult mai puternică decât atracţia gravitaţională a acestuia. Cu toate acestea, pentru o stea masivă, având o temperatură de 6000 K, forţa corpului negru este mult mai slabă decât forţa gravitaţională.
Descoperirea că radiaţia corpului negru poate genera o forţă de atracţie suplimentară asupra obiectelor din apropiere ar putea avea o mare importanţă asupra multor ipoteze astrofizice, în special interacţiunea dintre gazul interstelar şi particulele de praf. Rezultatele ar putea avea, de asemenea, aplicaţii în ceea ce priveşte instalaţiile experimentale, cum ar fi evidenţierea efectelor microstructurilor de pe suprafeţele fierbinţi din camerele de vid. Cu toate acestea, oamenii de ştiinţă au înţeles că forţa atractivă de tip corp negru va fi dificil de măsurat în laborator, deoarece acesta va fi foarte slabă în condiţiile obişnuite de laborator.
„Având în vedere că forţele sunt foarte slabe, ele depăşesc în intensitate forţa gravitaţiei numai în cazul particulelor mici, cum ar fi praful cosmic", a spus Sonnleitner. „Aceste grăunţe, având dimensiuni mai mici decât cele de ordinul micronilor, joacă un rol important în formarea planetelor şi a stelelor sau în astrochimie. Se pare că există unele întrebări deschise cu privire la modul în care ele interacţionează cu hidrogenul gazos din jurul lor sau privind modul in care acestea interacţionează între ele. Chiar acum studiem modul în care această forţă atractivă, suplimentară, modifică dinamica atomilor şi a prafului".
Traducere de George Cristian Podariu după blackbody-stronger-gravity, cu acordul Phys.org.
