Не тако давно (13,7 милијарди година према неким рачунима) догодио се прилично значајан космолошки догађај. Говоримо, наравно, о Великом праску. Козмолози нам кажу да ни у једном тренутку није постојао универзум какав знамо. Све што је постојало прије тога било је ништавно - изван сваке замисли. Зашто? Па, на то питање постоји пар одговора филозофски одговор на пример: Јер пре него што је универзум формиран, није се могло појмити, са или чак око тога. Али постоји и научни одговор и тај се одговор своди на ово: Пре Великог праска није било просторно-временском континууму - тхе нематеријални медиј кроз које се крећу све ствари енергија и материја.
Једном када је настао просторно-временски континуум, једна од најважнијих ствари која се формирала биле су јединице физичара светлости које називају "фотони". Научна предоџба фотона почиње чињеницом да ове елементарне честице енергије показују два наизглед контрадикторна понашања: Једно понашање има везе са понашањем чланова групе (у таласној фронти), а друго се односи на то како се понашају изоловано (као дискретне честице). Појединачни фотон се може сматрати пакетом таласа који брзо пролазе кроз свемир. Сваки пакет је осцилација дуж две окомите осе осе - електричне и магнетне. Пошто је светлост осцилација, честице таласа делују једни са другима. Један од начина разумевања двоструке природе светлости јесте спознаја да талас за таласом фотона утиче на наше телескопе - али појединачне фотоне апсорбују неурони у нашим очима.
Први фотони који путују кроз просторно-временски континуум били су изузетно моћни. Као група, били су невероватно интензивни. Као појединци, сваки је вибрирао изванредном брзином. Светлост ових исконских фотона је брзо осветлила брзо растуће границе младеначког универзума. Светло је било свуда - али материју је тек требало видети.
Како се свемир ширио, првобитна светлост изгубила се и у фреквенцији и у јачини. До тога је дошло док су се оригинални фотони ширили тањим и тањим кроз све шири простор. Данас прва светлост стварања још увек одјекује космосом. Ово се посматра као космичко позадинско зрачење. А та врста зрачења више није видљива оку као таласи у микроталасној рерни.
Примордијална светлост НИЈЕ зрачење које данас видимо. Примордијално зрачење је прешло у црвено на веома низак крај електромагнетног спектра. До тога је дошло тако што се свемир проширио од онога што првобитно није био већи од једног јединог атома до тачке у којој наши најлепши инструменти тек треба да пронађу било какву границу. Знајући да је примордијална светлост сада тако истанчана, потребно је потражити негде другде да бисмо објаснили врсту светлости видљиву нашим очима и оптичким телескопима.
Звезде (као што је наше Сунце) постоје зато што простор-време више не преносе просто светлост као таласи. Некако - још увек необјашњено-1 - простор и време такође узрокују материју. И једна ствар која разликује светлост од материје је та да материја има „масу“ док светлост нема ниједну.
Због масе, материја показује два главна својства: инерцију и гравитацију. Инерција се може сматрати отпором ка промени. У основи је ствар „лења“ и наставља да ради све што ради - осим ако се не понаша на нешто изван себе. Рано у формирању свемира, главна ствар која је превазишла лењост материје била је светлост. Под утицајем притиска радијације, првобитне материје (углавном водоник-гас) су се „организовале“.
Након продирања светлости, нешто унутар материје је преузело - суптилно понашање које називамо "гравитацијом". Гравитација је описана као "изобличавање просторно-временског континуума". Таква изобличења се дешавају где год се маса нађе. Јер материја има масу и просторне кривине. Управо та крива узрокује кретање материје и светлости на начин који је Алберт Ајнштајн разјаснио почетком 20. века. Сваки мали атом материје узрокује сићушно „микро дисторзију“ у простору-времену-2. А када се споји довољно микро дисторзија, ствари се могу догодити на велики начин.
А догодило се формирање првих звезда. Нису ове обичне звезде - већ супер-масивни великани који живе врло брзо и долазе до веома, врло спектакуларних крајева. На тим крајевима ове су се звезде срушиле на себе (под тежином све те масе) стварајући огромне ударне таласе таквог интензитета да спајају потпуно нове елементе са старијим. Као резултат тога, простор-време је постало препун свих многих врста материје (атома) који чине свемирски магазин.
Данас постоје две врсте атомске материје: примордијално и нешто што бисмо могли назвати "звезда". Било да је првобитног или звјезданог поријекла, атомска материја чини све ствари које се додирују и виде. Атоми имају својства и понашања: инерција, гравитација, проширење у простору и густина. Такође могу имати електрични набој (ако је јонизован) и учествовати у хемијским реакцијама (да би формирали молекуле огромне софистицираности и сложености). Све што видимо је засновано на темељном обрасцу који су давно успостављени они исконски атоми мистериозно створени након Великог праска. Овај образац заснован је на две основне јединице електричног набоја: протони и електрони - од којих свака има масу и способна је да ради те ствари које маса може да испуни.
Али не прати сва материја тачно водоников прототип. Једна разлика је у томе што атоми новије генерације имају електрично избалансиране неутроне, као и позитивно набијене протоне у својим језграма. Али чак је и страна страна врста материје (тамне материје) која уопште не делује са светлошћу. Даље (само да би ствари биле симетричне), можда постоји врста енергије (вакуум енергија) која не поприма облик фотона - делује више попут "нежног притиска" због чега се свемир шири моментом који није изворно обезбеђен Биг Бангом.
Али вратимо се на ствари које можемо да видимо ...
У односу на светлост, материја може бити непрозирна или провидна - може апсорбирати или преломити светлост. Светлост може проћи у материју, кроз материју, одбити се од материје или бити апсорбована материјом. Када светлост пређе у материју, светлост успорава - док се њена фреквенција повећава. Када се светлост одбије, промена се путања којом се креће. Када се светлост апсорбује, електрони се стимулишу што потенцијално доводи до нових молекуларних комбинација. Али још значајније, када светлост пролази кроз материју - чак и без апсорпције - атоми и молекули вибрирају у просторно-временском континууму и због тога се светлост може смањити у фреквенцији. Видимо, зато што нешто што се назива „светлост“ делује у односу на нешто што се назива „материја“ у нечему што се назива „просторно-временским континуумом“.
Поред описа гравитационих ефеката материје на простор-време, Ајнштајн је извршио изузетно елегантно истраживање утицаја светлости повезаног са фото-електричним ефектом. Пре Ајнштајна, физичари су веровали да је способност светла да утичу на материју базирана пре свега на "интензитету". Али фото-електрични ефекат показао је да светлост утиче и на електроне на основу фреквенције. Тако црвена светлост - без обзира на интензитет - не успева да испушта електроне у метале, док чак и врло низак ниво љубичасте светлости подстиче мерљиве електричне струје. Јасно је да брзина којом вибрира светлост има сопствену снагу.
Ајнштајнова истрага фото-електричног ефекта снажно је допринела ономе што је касније постало познато као квантна механика. Физичари су убрзо сазнали да су атоми селективни у погледу фреквенција светлости које ће апсорбовати. У међувремену је такође откривено да су електрони кључни за сву квантну апсорпцију - кључ повезан са својствима као што су односи једног електрона према другима и са језгром атома.
Дакле, сада долазимо до друге тачке: Селективна апсорпција и емисија фотона од стране електрона не објашњава непрекидно ширење фреквенција које се виде током испитивања светлости кроз наше инструменте-3.
Шта то онда може објаснити?
Један одговор: Принцип „одступања“ повезан са рефракција и апсорпција светлости.
Уобичајено стакло - као на прозорима наших домова - прозирно је до видљиве светлости. Стакло ипак одбија највише инфрацрвене светлости и апсорбује ултраљубичасто. Када видљива светлост уђе у просторију, апсорбује је намештај, ћилими итд. Ови предмети претварају део светлости у топлоту - или инфрацрвено зрачење. То инфрацрвено зрачење задржава стакло и соба се загрева. У међувремену, само стакло је непрозирно за ултраљубичасто. Светлост коју Сунце емитује у ултраљубичастој материји углавном апсорбује атмосферу - али неки нејонизујући ултраљубичасти ултразвук успева да се пробије. Ултраљубичасто светло се претвара у топлину стаклом на исти начин када намештај апсорбује и поново зрачи видљиву светлост.
Како се све то односи на присуство видљиве светлости у Универзуму?
Унутар Сунца високоенергетски фотони (невидљива светлост са периметра соларног језгра) зраче соларни плашт испод фотосфере. Огртач претвара ове зраке у „топлоту“ апсорпцијом - али та „топлота“ је учесталости која знатно превазилази нашу способност да видимо. Плашт затим поставља конвективне струје које носе топлину према фотосфери док истовремено емитују фотоне са мање енергије, али још увек невидљиве. Резултирајућа „топлота“ и „светлост“ прелазе у соларну фотосферу. У фотосфери („сфера видљиве светлости“) атоми се „загреју“ конвекцијом и стимулишу се рефракцијом да вибрирају брзином која је довољно споро да одашиље видљиву светлост. И управо тај принцип објашњава видљиву светлост коју емитују звезде које су - далеко - најзначајнији извор светлости који се виђа у космосу.
Дакле - из одређене перспективе можемо рећи да је „индекс преламања“ Сунчеве фотосфере средство којим се невидљива светлост претвара у видљиву светлост. У овом се случају, међутим, позивамо на идеју да је индекс лома фотосфере толико висок да су високи енергетски зраци савијени до тачке апсорпције. Када се то догоди, таласи ниже фреквенције рађају се као зраке које су топлине осјетљиве на око, а не једноставно топле на додир ...
И уз све то разумевање испод наших интелектуалних ногу, сада можемо одговорити на наше питање: Светлост коју данас видимо је исконска светлост стварања. Али светлост се материјализовала неколико стотина хиљада година након Великог праска. Касније се та материјализована светлост спојила под утицајем гравитације као велике кондензоване кугле. Те куглице су затим развиле снажне алхемијске пећи које дематеријализују материју у светлост невидљив. Касније - рефракцијом и апсорпцијом - невидљива светлост је постала видљива очима обредом проласка кроз оне велике „леће светлости“ које називамо звездама ...
-1Како ће се све космолошке ствари детаљно превести вероватно је главно подручје астрономских истраживања данас и однеће физичаре - са својим „разбијачима атома“, астрономи - својим телескопима, математичари - са својим супер-рачунаром (и оловкама!) Који броје бројеве! и космолози - са својим суптилним разумевањима раних година свемира - да збркају целу ствар.
-2
У одређеном смислу ствар може једноставно бити изобличење просторно-временског континуума - али далеко смо од разумевања тог континуума у свим његовим својствима и понашањима.
-3Сунце и сви светлосни извори светлости приказују тамну апсорпцију и сјајне појасеве емисије врло уских фреквенција. То су, наравно, различите Фраунхоферове линије које се односе на квантна механичка својства повезана са прелазним стањима електрона повезаних са специфичним атомима и молекулама.
О аутору:Инспирисан ремек-делом из раних 1900-их: "Небо кроз телескопе три, четири и пет инча", Јефф Барбоур добио је почетак астрономије и свемирске науке у доби од седам година. Тренутно Јефф посвећује већину свог времена посматрајући небеса и одржавајући веб страницу Астро.Геекјои.
