Neilgai seniai (kai kurios sąskaitos rodo 13,7 milijardo metų) įvyko gana reikšmingas kosmologinis įvykis. Žinoma, mes kalbame apie Didįjį sprogimą. Kosmologai mums sako, kad vienu metu nebuvo tokios visatos, kokią mes ją žinome. Tai, kas egzistavo iki to laiko, buvo niekinė ir niekuo dėta. Kodėl? Yra keli atsakymai į šį klausimą - filosofinis atsakymas Pvz .: Nes dar prieš formuojant visatą nebuvo ko įsivaizduoti, su kuo ar net apie ką. Tačiau yra ir mokslinis atsakymas, kuris atsakomas į tai: Iki Didžiojo sprogimo nebuvo erdvės-laiko kontinuumas - nemateriali terpė per kuriuos juda visi daiktai energija ir materija.
Kai tik atsirado erdvės-laiko kontinuumas, vienas iš labiausiai judančių dalykų buvo šviesos fizikų vienetai, vadinami „fotonais“. Mokslinė fotonų samprata prasideda tuo, kad šios elementarios energijos dalelės demonstruoja du, atrodytų, prieštaringus veiksmus: Vienas elgesys susijęs su tuo, kaip jie elgiasi kaip grupės nariai (bangos fronte), o kitas susijęs su tuo, kaip jie elgiasi izoliuotai. (kaip atskiros dalelės). Atskiri fotonai gali būti laikomi bangų kamščiu, greitai susukamu per erdvę. Kiekvienas paketas yra svyravimas išilgai dviejų statmenų jėgos ašių - elektrinės ir magnetinės. Kadangi šviesa yra svyravimas, bangos dalelės sąveikauja viena su kita. Vienas iš būdų suprasti dvigubą šviesos pobūdį yra suvokti, kad fotonų banga po bangos veikia mūsų teleskopus, tačiau atskirus fotonus mūsų akyse sugeria neuronai.
Pirmieji fotonai, keliaujantys per erdvės-laiko kontinuumą, buvo nepaprastai galingi. Jie, kaip grupė, buvo nepaprastai intensyvūs. Kaip individai, kiekvienas vibravo nepaprastu greičiu. Šių pirmapradių fotonų šviesa greitai apšvietė greitai besiplečiančias jaunatviškos visatos ribas. Šviesa buvo visur, bet materijos dar reikėjo pamatyti.
Visatai plečiantis, pirmykštė šviesa prarado tiek dažnį, tiek intensyvumą. Taip atsitiko, nes originalūs fotonai pasklido plonesni ir plonesni vis besiplečiančioje erdvėje. Šiandien pirmoji kūrybos šviesa vis dar echos aplink kosmosą. Tai vertinama kaip kosminė foninė radiacija. O tas konkretaus tipo spinduliavimas yra nebematomas akiai kaip bangos mikrobangų krosnelėje.
Pirmykštė šviesa NĖRA radiacija, kurią matome šiandien. Pirminė spinduliuotė raudonai pasislinko iki žemiausio elektromagnetinio spektro galo. Taip atsitiko, kai visata išsiplėtė iš to, kas iš pradžių galėjo būti ne didesnė kaip vienas atomas, iki tos vietos, kur patys mūsų gabiausi instrumentai dar turi surasti kokią nors ribą. Žinant, kad pirmapradė šviesa yra tokia menka, reikia ieškoti kur kitur, kad būtų galima pamatyti mūsų akims matomą šviesą ir optinius teleskopus.
Žvaigždės (tokios kaip mūsų Saulė) egzistuoja todėl, kad erdvės laikas ne tik perduoda šviesą kaip bangos. Kažkaip - vis dar nepaaiškinta-1 - erdvė-laikas sukelia ir materiją. Ir vienas dalykas, skiriantis šviesą nuo materijos, yra tai, kad materija turi „masę“, o šviesa neturi.
Dėl masės materija pasižymi dviem pagrindinėmis savybėmis: inercija ir sunkio jėga. Inercija gali būti laikoma atsparumu pokyčiams. Iš esmės materija yra „tinginė“ ir tiesiog daro viską, ką darė, nebent veiktų ką nors už savęs ribų. Dar tik formuojant Visatą, pagrindinis dalykas, įveikiantis materijos tingumą, buvo lengvas. Esant radiacijos slėgiui, pirminės medžiagos (daugiausia vandenilio dujos) „sutvarkytos“.
Po šviesos sklidimo kažkas užėmė materijos vidų - tą subtilų elgesį, kurį mes vadiname „gravitacija“. Gravitacija buvo apibūdinta kaip „erdvės-laiko tęstinumo iškraipymas“. Tokie iškraipymai atsiranda visur, kur randama masė. Mat materija turi masę, erdvės kreivės. Būtent ši kreivė sąlygoja materijos ir šviesos judėjimą keliais, kuriuos XX a. Pradžioje išaiškino Albertas Einšteinas. Kiekvienas mažas materijos atomas sukelia mažytį „mikro iškraipymą“ erdvės laike-2. Ir kai susikaupia pakankamai mikro iškraipymų, viskas gali įvykti dideliu būdu.
O kas nutiko, buvo susiformavusios pirmosios žvaigždės. Jokių paprastų žvaigždžių, bet super masyvūs milžinai, gyvenantys labai greitai ir pasiekiantys labai, labai įspūdingus galus. Tuose galuose šios žvaigždės pačios (pagal visos tos masės svorį) sugriuvo, sukeldamos milžiniškas tokio intensyvumo smūgio bangas, kad sulietų visiškai naujus elementus iš senesnių. Dėl to erdvės laikas tapo pakankamas visoms daugybėms medžiagų (atomų) rūšių, sudarančių „Kosmoso žurnalą“.
Šiandien egzistuoja dviejų tipų atominės medžiagos: pirmapradė ir tai, ką galime pavadinti „žvaigždžių daiktais“. Nesvarbu, ar tai yra pirmapradė, ar žvaigždinė, atominė medžiaga sudaro visus dalykus, kuriuos liečiate ir matote. Atomai turi savybes ir elgseną: inercija, sunkis, išplėtimas erdvėje ir tankis. Jie taip pat gali turėti elektros krūvį (jei jonizuojami) ir dalyvauti cheminėse reakcijose (sudaryti nepaprastai rafinuotas ir sudėtingas molekules). Visa tai, ką mes matome, remiasi pagrindiniu modeliu, kurį seniai nustatė pirmykščiai atomai, paslaptingai sukurti po Didžiojo sprogimo. Šis modelis yra pagrįstas dviem pagrindiniais elektros krūvio vienetais: protonu ir elektronu, kurių kiekvienas turi masę ir yra pajėgus atlikti tuos dalykus.
Tačiau ne visi dalykai tiksliai atitinka vandenilio prototipą. Vienas skirtumas yra tas, kad naujos kartos atomų branduoliuose yra elektriškai subalansuoti neutronai, taip pat teigiamai įkrauti protonai. Bet net svetimas dalykas yra tam tikros rūšies medžiaga (tamsiosios medžiagos), kuri visiškai nesąveikauja su šviesa. Be to (tam, kad viskas būtų simetriška), gali būti tam tikros rūšies energija (vakuuminė energija), kuri nėra fotonų pavidalu - veikianti labiau kaip „švelnus slėgis“, sukelianti visatos plėtimąsi tokiu impulsu, kuris nėra originaliai suteiktas. didžiojo sprogimo.
Grįžkime prie dalykų, kuriuos galime pamatyti ...
Ryšium su šviesa, materija gali būti nepermatoma arba skaidri - ji gali sugerti arba sulaikyti šviesą. Šviesa į materiją gali patekti per materiją, atspindėti materiją arba ją absorbuoti. Kai šviesa pereina į materiją, ji sulėtėja, o jos dažnis didėja. Kai šviesa atspindi, keičiasi jos kelias. Sugeriant šviesą, elektronai stimuliuojami, todėl gali atsirasti naujų molekulių derinių. Bet dar svarbiau, kai šviesa praeina per materiją - net neįsisavindama - atomai ir molekulės vibruoja erdvės-laiko kontinuume ir dėl to šviesa gali būti sumažinta. Matome, nes tai, kas vadinama „šviesa“, sąveikauja su vadinamuoju „materija“, vadinamame „erdvės-laiko tęstinumu“.
Be to, kad aprašė gravitacinį materijos poveikį erdvės laikui, Einšteinas atliko nepaprastai elegantišką šviesos įtakos, susijusios su fotoelektriniu efektu, tyrimą. Prieš Einšteiną fizikai manė, kad šviesos gebėjimas paveikti materiją pirmiausia grindžiamas „intensyvumu“. Bet fotoelektrinis efektas parodė, kad šviesa elektronus veikė ir pagal dažnį. Taigi raudona šviesa, nepaisant intensyvumo, nesugeba išsklaidyti metalų elektronų, tuo tarpu net ir labai žemas violetinės šviesos kiekis skatina išmatuojamas elektros sroves. Akivaizdu, kad šviesos vibracijos greitis turi visą savo jėgą.
Einšteino fotoelektrinio efekto tyrimai smarkiai prisidėjo prie to, kas vėliau tapo žinoma kaip kvantinė mechanika. Fizikai netrukus sužinojo, kad atomai yra atrankūs pagal tai, kokius šviesos dažnius jie sugers. Tuo pat metu taip pat buvo išsiaiškinta, kad elektronai yra visos kvantinės absorbcijos raktas - raktas, susijęs su tokiomis savybėmis kaip vieno elektrono ryšys su kitais ir su atomo branduoliu.
Taigi, prieiname prie savo antrojo punkto: selektyvioji elektronų absorbcija ir fotonų emisija nepaaiškina nuolatinio dažnių sklidimo, matomo tiriant šviesą per mūsų instrumentus-3.
Kas tada gali tai paaiškinti?
Vienas atsakymas: „atsitraukimo“ principas, susijęs su šviesos refrakcija ir absorbcija.
Stiklas, toks kaip mūsų namų languose, yra skaidrus matomoje šviesoje. Tačiau stiklas atspindi daugiausiai infraraudonųjų spindulių ir sugeria ultravioletinius spindulius. Kai matoma šviesa patenka į kambarį, ją sugeria baldai, pledai ir pan. Šie daiktai dalį šviesos paverčia šilumos ar infraraudonaisiais spinduliais. Ši infraraudonoji spinduliuotė yra įstrigusi prie stiklo ir kambarys įkaista. Tuo tarpu pats stiklas yra nepermatomas ultravioletiniams spinduliams. Saulės skleidžiamą ultravioletinę spinduliuotę daugiausia sugeria atmosfera, tačiau kai kurie nejonizuojantys ultravioletiniai spinduliai sugeba prasiskverbti pro šalį. Stiklas ultravioletinę šviesą paverčia šiluma, tokiu būdu baldai sugeria ir vėl spinduliuoja matomą šviesą.
Kaip visa tai susiję su matomos šviesos buvimu Visatoje?
Saulės viduje dideli energijos fotonai (nematoma šviesa iš saulės šerdies perimetro) švitina saulės mantiją po fotosfera. Apvalkalas šiuos spindulius absorbuodamas paverčia „šiluma“ - tačiau būtent tas „karštis“ yra dažnio, smarkiai viršijančio mūsų galimybes pamatyti. Tada mantija sukuria konvekcines sroves, pernešančias šilumą link fotosferos, kartu skleidžiant mažiau energijos turinčius, bet vis dar nematomus fotonus. Gauta „šiluma“ ir „šviesa“ patenka į saulės fotoferą. Fotosferoje („matomos šviesos sfera“) atomai yra „kaitinami“ konvekcija ir stimuliuojami refrakcijos būdu, kad vibracija vyktų pakankamai lėtai, kad būtų skleidžiama matoma šviesa. Ir būtent šis principas lemia žvaigždžių skleidžiamą matomą šviesą, kuri yra bene pats reikšmingiausias šviesos šaltinis, matomas visame kosmose.
Taigi - iš tam tikros perspektyvos galime pasakyti, kad Saulės fotosferos „lūžio rodiklis“ yra priemonė, kuria nematoma šviesa paverčiama matoma šviesa. Tačiau šiuo atveju remiamės idėja, kad fotoferos lūžio rodiklis yra toks didelis, kad didelės energijos spinduliai yra sulenkti į absorbcijos tašką. Kai tai įvyksta, žemo dažnio bangos sklinda kaip spindulys, jautrus akiai, o ne tiesiog šiltas liesti.
Ir turėdami visą šį supratimą po savo intelektualinėmis kojomis, dabar galime atsakyti į mūsų klausimą: Šviesa, kurią matome šiandien yra pirmykštė kūrybos šviesa. Bet neaišku, kas įvyko po kelių šimtų tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo. Vėliau materializuota šviesa buvo sujungta veikiant gravitacijai kaip puikios kondensuotos orbos. Tuomet šios orbos sukūrė galingas alchemines krosnis, pašalinančias medžiagas į šviesą nematomas. Vėliau - refrakcijos ir absorbcijos dėka - nematoma šviesa tapo matoma akiai apeinant pro tuos didžiuosius „šviesumo lęšius“, kuriuos mes vadiname žvaigždėmis…
-1Tai, kaip išsamiai paaiškėjo visi kosmologiniai dalykai, yra turbūt pagrindinė astronominių tyrimų sritis šiandien ir užtruks fizikai - su savo „atomų naikintojais“, astronomai - su savo teleskopu, matematikai - su jų skaičių krintančiais superkompiuteriais (ir pieštukais!). ir kosmologai, turėdami subtilų supratimą apie ankstyvuosius Visatos metus, išsiaiškina visa tai.
-2
Tam tikra prasme reikalas gali tiesiog būti būti erdvės-laiko kontinuumo iškraipymas - bet mes dar labai gerai suprantame tą kontinuumą visomis jo savybėmis ir elgesiu.
-3Saulė ir visi šviečiantys šviesos šaltiniai rodo labai siauro dažnio absorbciją ir ryškias spinduliavimo juostas. Tai, be abejo, yra įvairios Fraunhoferio linijos, susijusios su kvantinėmis mechaninėmis savybėmis, susijusiomis su elektronų, susijusių su konkrečiais atomais ir molekulėmis, pereinamosiomis būsenomis.
Apie autorių:Įkvėptas 1900 m. Pradžios šedevro: „Skylis per trijų, keturių ir penkių colių teleskopus“, Jeffas Barboras pradėjo astronomijos ir kosmoso mokslų pradžią būdamas septynerių metų. Šiuo metu Jeffas didžiąją laiko dalį skiria dangaus stebėjimui ir svetainės „Astro.Geekjoy“ priežiūrai.
