Ei liian kauan sitten (joidenkin tilien mukaan 13,7 miljardia vuotta) tapahtui melko merkittävä kosmologinen tapahtuma. Puhumme tietysti isosta räjähdyksestä. Kosmologit kertovat meille, että kerralla ei ollut olemassa mitään universumia sellaisena kuin me sen tunnemme. Mitä ennen sitä aikaa oli olemassa, mitätön - kaiken käsityksen ulkopuolella. Miksi? No, tähän kysymykseen on pari vastausta - filosofinen vastaus Esimerkiksi: Koska ennen maailmankaikkeuden muodostumista ei ollut mitään ajateltavaa, kanssa tai edes noin. Mutta on olemassa myös tieteellinen vastaus, ja tämä vastaus tulee seuraavaan: Ennen isoa iskua ei ollut avaruus-ajan jatkuvuus - aineeton väliaine jonka läpi kaikki asiat energia ja aine liikkuvat.
Kun avaruus-aika-jatkumo avautui olemassaoloon, yksi liikkuvimmista muotoiltavista asioista oli valofyysikkojen yksikköä, jota kutsutaan ”fotoneiksi”. Fotonien tieteellinen käsitys alkaa siitä, että näillä energian hiukkasilla on kaksi näennäisesti ristiriitaista käyttäytymistä: Toinen käyttäytyminen liittyy siihen, kuinka ne toimivat ryhmän jäseninä (aallonrintamalla), ja toinen liittyy siihen, kuinka ne käyttäytyvät eristyksissä (erillisinä hiukkasina). Yksittäistä fotonia voidaan ajatella pakettina aaltoja, jotka korkkiruuvaavat nopeasti avaruuden läpi. Jokainen paketti on värähtely kahta kohtisuoraa voima-akselia pitkin - sähköistä ja magneettista. Koska valo on värähtely, aaltohiukkaset ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Yksi tapa ymmärtää valon kaksoisluonnetta on ymmärtää, että fotonien aallon jälkeinen aalto vaikuttaa teleskoopeihimme - mutta silmämme neuronit absorboivat yksittäiset fotonit.
Aivan ensimmäiset avaruus-ajan jatkuvuuden kautta kulkevat fotonit olivat erittäin voimakkaita. Ryhmänä he olivat uskomattoman intensiivisiä. Yksilöinä jokainen värähteli poikkeuksellisen nopeasti. Näiden ensisijaisten fotonien valo valaisi nopeasti nuorekkaan maailmankaikkeuden nopeasti laajenevat rajat. Valoa oli kaikkialla - mutta ainetta oli vielä nähtävä.
Universumin laajentuessa alkeisvalo menetti sekä taajuuden että voimakkuuden. Näin tapahtui, kun alkuperäiset fotonit levittivät itsensä ohuemmaksi ja ohuemmaksi jatkuvasti laajenevaan tilaan. Nykyään ensimmäinen luomavalo kaikuu edelleen kosmoksen ympärillä. Tätä pidetään kosmisena taustasäteilynä. Ja kyseinen erityyppinen säteily ei ole silmälle enää näkyvämpää kuin aallot mikroaaltouunissa.
Ensisijainen valo EI ole säteily, jota näemme tänään. Ensisijainen säteily on siirtynyt punaisesti sähkömagneettisen spektrin alempaan päähän. Näin tapahtui, kun maailmankaikkeus laajeni siitä, mikä ei ole alun perin ollut yhtä suurta atomia suurempi, pisteeseen, jossa mahtavimpien instrumentiemme on vielä löydettävä mitään rajaa. Tietäen, että alkeisvalo on nyt niin kovaa, on tarpeen etsiä muualta sellaista valoa, joka näkyy silmillemme ja optisille kaukoputkille.
Tähdet (kuten aurinkoomme) ovat olemassa, koska avaruus-aika ei sisällä vain valoa aalloina. Jotenkin - vielä selittämätön-1 - avaruus-aika aiheuttaa myös asiaa. Ja yksi asia, joka erottaa valon aineesta, on se, että aineella on ”massa”, kun taas valolla ei ole mitään.
Massa vuoksi aineella on kaksi pääominaisuutta: hitaus ja painovoima. Inertiaa voidaan ajatella muutoskestävyytenä. Pohjimmiltaan asia on ”laiska” ja jatkaa vain tekemistä mitä se on tehnyt - ellei toimita jonkin itsensä ulkopuolella. Universumin muodostumisen varhaisessa vaiheessa tärkein asia, joka voitti aineen laiskouden, oli kevyt. Säteilypaineen vaikutuksesta alkeaines (enimmäkseen vetykaasu) sai ”organisoidun”.
Valon heijastuessa jotain aineen sisällä valtasi - sitä hienovaraista käyttäytymistä, jota kutsumme ”painovoimaksi”. Painovoimaa on kuvattu ”avaruus-ajan jatkuvuuden vääristymäksi”. Tällaisia vääristymiä esiintyy missä tahansa massaa löytyy. Koska aineella on massa, avaruuskäyrät. Juuri tämä käyrä saa aineen ja valon liikkumaan tavoilla, jotka Albert Einstein selvitti jo 2000-luvun alkupuolella. Jokainen pieni aineatomi aiheuttaa pienen ”mikromuutoksen” avaruus-ajassa-2. Ja kun tarpeeksi mikromuutoksia syntyy, asiat voivat tapahtua suurella tavalla.
Ja mitä tapahtui, oli ensimmäisten tähtien muodostuminen. Ei tavallisia tähtiä näitä - mutta super-massiiviset jättiläiset, jotka elävät erittäin nopeasti ja elävät erittäin, erittäin mahtavaan päähän. Noissa päissä nämä tähdet romahtivat itsessään (kaiken massan painon alla) tuottaen valtavia iskuaaltoja, joiden intensiteetti sulautui kokonaan uusia elementtejä vanhemmista. Seurauksena oli, että avaruus-aika riistettiin kaikille monille ainetyypeille (atomeille), jotka muodostavat Space Magazine -lehden.
Nykyään on olemassa kaksi tyyppiä atomiaineesta: Alkeisyhdistelmää ja jotain, jota voimme kutsua "tähti-tavaraksi". Olipa ensisijainen tai tähtimuotoinen, atomiaines muodostaa kaiken kosketetun ja näkemän. Atomeilla on ominaisuuksia ja käyttäytymistä: Hitaus, painovoima, avaruuden pidentyminen ja tiheys. Heillä voi myös olla sähkövaraus (jos ionisoitunut) ja osallistua kemiallisiin reaktioihin (muodostaa valtavasti hienostuneita ja monimutkaisia molekyylejä). Kaikki asia, jonka näemme, perustuu perustavaan malliin, jonka ne ensi-atomit, jotka salaperäisesti luotiin Ison räjähdyksen jälkeen, ovat jo kauan sitten luoneet. Tämä kuvio perustuu kahteen sähköisen varauksen perusyksikköön: protoniin ja elektroniin - jokaisella on massa ja joka pystyy suorittamaan näitä asioita, massa on todennäköisesti vastuussa.
Mutta kaikki asia ei seuraa vedyn prototyyppiä tarkalleen. Yksi ero on, että uudemman sukupolven atomilla on ytimessä sähköisesti tasapainotetut neutronit sekä positiivisesti varautuneet protonit. Mutta jopa muukalainen on eräänlainen aine (tumma aine), joka ei ole vuorovaikutuksessa valon kanssa ollenkaan. Ja lisäksi (vain asioiden pitämiseksi symmetrisenä) voi olla tietyn tyyppistä energiaa (tyhjiöenergiaa), joka ei ole fotonien muodossa - toimii enemmän kuin "lempeä paine", joka aiheuttaa maailmankaikkeuden laajenemisen vauhdilla, jota ei ole alkuperäisellä tavalla toimitettu kirjoittanut Big Bang.
Palataanpa sitten takaisin juttuihin, joita voimme nähdä ...
Suhteessa valoon aine voi olla läpinäkymätön tai läpinäkyvä - se voi absorboida tai taiteta valoa. Valo voi siirtyä aineeseen aineen läpi, heijastaa matkaa tai aine voi absorboida sen. Kun valo siirtyy aineeseen, valo hidastuu - samalla kun sen taajuus kasvaa. Kun valo heijastuu, polku, jonka se vie, muuttuu. Kun valo absorboituu, elektronit stimuloidaan potentiaalisesti johtaen uusiin molekyyliyhdistelmiin. Mutta vielä tärkeämpää, kun valo kulkee aineen läpi - jopa ilman absorptiota - atomit ja molekyylit värähtelevät avaruus-ajan jatkumona ja tämän vuoksi valo voidaan vähentää taajuudella. Me näemme, koska jotain, jota kutsutaan ”valoksi”, on vuorovaikutuksessa niin kutsutun ”aineen” kanssa jotain, jota kutsutaan ”avaruus-aika-jatkumona”.
Aineen gravitaatiovaikutusten kuvaamisen lisäksi avaruusaikaan Einstein suoritti erittäin tyylikkään tutkimuksen valoelektroniikkavaikutukseen liittyvän valon vaikutuksesta. Ennen Einsteiniä fyysikot uskoivat valon kyvyn vaikuttaa aineeseen perustuen ensisijaisesti ”voimakkuuteen”. Mutta fotoelektrinen vaikutus osoitti, että valo vaikutti elektroniin myös taajuuden perusteella. Siksi punainen valo - voimakkuudesta riippumatta - ei pysty siirtämään elektroneja metalleihin, vaikka jopa hyvin alhaiset violettivalot stimuloivat mitattavia sähkövirtoja. On selvää, että vauvan värähtelyn nopeudella on oma teho.
Einsteinin tutkimus fotoelektrisestä vaikutuksesta vaikutti voimakkaasti siihen, mitä myöhemmin tunnetaan kvanttimekaniikkana. Fyysikot saivat pian tietää, että atomit ovat selektiivisiä valon taajuuksilla, joita ne absorboivat. Samalla havaittiin myös, että elektronit olivat avain kaikkeen kvanttien absorptioon - avain, joka liittyy ominaisuuksiin, kuten yhden elektronin suhde toisiin ja atomin ytimeen.
Joten nyt tulemme toiseen kohtaamme: Elektronien selektiivinen absorptio ja fotonien emissio ei selitä taajuuksien jatkuvaa leviämistä, joka nähdään tutkittaessa valoa instrumentiemme kautta-3.
Mikä selittää sen sitten?
Yksi vastaus: valon taittuminen ja absorptio.
Tavallinen lasi - kuten kotien ikkunoissa - on läpinäkyvä näkyvälle valolle. Lasi heijastaa kuitenkin kaikkein infrapunavaloa ja absorboi ultraviolettiä. Kun näkyvä valo tulee huoneeseen, huonekalut, matot absorboivat sitä. Nämä esineet muuntavat osan valosta lämpö- tai infrapunasäteilyksi. Tämä infrapunasäteily jää loukkuun ja huone lämpenee. Samaan aikaan lasi itsessään on läpinäkymätöntä ultraviolettivalolle. Auringon ultravioletissa lähettämä valo absorboi pääasiassa ilmakehää - mutta jotkut ionittomat ultravioletit pääsevät läpi. Ultraviolettivalo muuttuu lasilla lämmöksi samalla tavalla, kun huonekalut absorboivat ja säteilevät näkyvää valoa.
Kuinka tämä kaikki liittyy näkyvän valon läsnäoloon maailmankaikkeudessa?
Auringon sisällä korkean energian fotonit (näkymätön valo auringon ytimen kehältä) säteilyttävät aurinkovaipan valokehän alla. Vaippa muuttaa nämä säteet "lämmöksi" absorptiolla - mutta tämän nimenomaisen "lämmön" taajuus ylittää selvästi kykymme nähdä. Vaippa asettaa sitten konvektiiviset virrat, jotka kuljettavat lämpöä ulospäin kohti ilmapiiriä ja säteilevät samalla vähemmän energisia - mutta silti näkymättömiä - fotoneja. Tuloksena oleva ”lämpö” ja “valo” kulkevat aurinkovalokuviin. Fotosfäärissä (”näkyvän valon pallo”) atomit “lämmitetään” konvektiolla ja stimuloidaan taittumisen avulla värisemään nopeudella, joka on riittävän hidas antamaan näkyvää valoa. Ja tämä periaate vastaa tähtien lähettämästä näkyvästä valosta, joka on ylivoimaisesti merkittävin valonlähde koko kosmossa.
Joten - tietystä näkökulmasta voidaan sanoa, että Auringon valokehän ”taitekerroin” on keino, jolla näkymätön valo muunnetaan näkyväksi valoksi. Tässä tapauksessa vedomme kuitenkin ajatukseen, että valokehän taitekerroin on niin korkea, että korkeat energiasäteet taipuvat absorptiokohtaan. Kun näin tapahtuu, alemman taajuuden aaltoja syntyy säteilevän muodossa, joka on silmälle herkkä eikä vain lämmin kosketukseen.
Ja kaiken tämän älyllisten jalkojemme alla olevan ymmärryksen avulla voimme nyt vastata kysymykseemme: Valo, jonka näemme tänään On luomisen ensisijainen valo. Mutta on kevyttä, että se toteutui muutama sata tuhansia vuosia Ison räjähdyksen jälkeen. Myöhemmin se materialisoitunut valo tuli yhteen painovoiman vaikutuksesta suurina tiivistyneinä palloina. Nämä pallat kehittivät sitten voimakkaat alkemialliset uunit, jotka aineen materiaalin vähentävät valoon näkymätön. Myöhemmin - taittumisen ja absorption kautta - näkymättömästä valosta tehtiin silmälle näkyvä kulkureitin kautta niiden suurten ”kirkkauslinssien”, joita kutsumme tähtiin, läpi…
-1Se, kuinka kaikki kosmologiset asiat yksityiskohtaisesti ilmenivät, on luultavasti tärkein tähtitieteellisen tutkimuksen alue tänään. Se vie fyysikot - ”atominhaltijoidensa”, tähtitieteilijöiden - kaukoputkien, matemaatikkojen - kanssa numeroa raputtavien supertietokoneiden (ja lyijykynäjen!) Kanssa. ja kosmologit - niiden hienovaraisella ymmärryksellä maailmankaikkeuden alkuvuosista - palauttavat koko asian läpi.
-2
Asia voi tietyssä mielessä yksinkertaisesti olla avaruus-ajan jatkuvuuden vääristymä - mutta olemme kaukana ymmärtää tätä jatkuvuutta kaikissa sen ominaisuuksissa ja käyttäytymisissä.
-3Auringossa ja kaikissa valoisissa valonlähteissä on tummat absorptio- ja kirkkaat säteilykaistat erittäin kapeilla taajuuksilla. Nämä ovat tietysti erilaisia Fraunhofer-linjoja, jotka liittyvät kvanttimekaanisiin ominaisuuksiin, jotka liittyvät tiettyihin atomiin ja molekyyleihin liittyvien elektronien siirtymätiloihin.
Kirjailijasta:1900-luvun alun mestariteoksen innoittamana: “Taivas kolmen, neljän ja viiden tuuman teleskooppien läpi”, Jeff Barbour sai aloittaa tähtitieteen ja avaruustieteen seitsemän vuotiaana. Jeff omistaa tällä hetkellä suuren osan ajastaan taivaan tarkkailuun ja Astro.Geekjoy-verkkosivuston ylläpitämiseen.
