Ne tako davno (13,7 milijardi godina prema nekim računima) dogodio se prilično značajan kozmološki događaj. Govorimo, naravno, o Velikom prasku. Kozmolozi nam kažu da ni u jednom trenutku nije postojao svemir kakav ga poznajemo. Sve što je postojalo prije toga bilo je ništavno - izvan svake zamisli. Zašto? Pa, na to pitanje postoji par odgovora filozofski odgovor na primjer: Jer prije nego što je svemir nastao nije se moglo zamisliti, sa ili čak oko toga. Ali postoji i znanstveni odgovor i odgovor se svodi na ovo: Prije Velikog praska nije bilo prostorno-vremenskom kontinuumu - the nematerijalni medij kroz koje se kreću sve stvari energije i materije.
Jednom kada je nastao prostorno-vremenski kontinuitet, jedna od najvažnijih stvari koja se poprimala bile su jedinice fizike svjetla koje nazivaju "fotoni". Znanstveni pojam fotona započinje činjenicom da ove elementarne čestice energije pokazuju dva naizgled oprečna ponašanja: Jedno ponašanje ima veze s ponašanjem članova grupe (u talasnoj fronti), a drugo se odnosi na to kako se ponašaju izolirano (kao diskretne čestice). Za pojedinačni foton može se razmišljati kao o paketu valova koji brzo vijugaju kroz svemir. Svaki paket je oscilacija duž dvije okomite osi sile - električne i magnetske. Budući da je svjetlost oscilacija, čestice vala djeluju međusobno. Jedan od načina razumijevanja dvostruke prirode svjetla jest spoznati kako val za valovima fotona utječe na naše teleskope - ali pojedini fotoni apsorbiraju neurone u našim očima.
Prvi fotoni koji putuju kroz prostorno-vremenski kontinuum bili su izuzetno snažni. Kao grupa bili su nevjerojatno intenzivni. Kao pojedinci, svaki je vibrirao izvanrednom brzinom. Svjetlost ovih iskonskih fotona brzo je osvijetlila brzo rastuće granice mladenačkog svemira. Svjetlo je bilo posvuda - ali materiju se tek trebalo vidjeti.
Kako se svemir širio, prvobitna svjetlost gubila se i u frekvenciji i u intenzitetu. Do toga je došlo tako što su se izvorni fotoni proširivali tanjim i tanjim kroz sve širi prostor. Danas prvo svjetlo stvaranja još odjekuje oko kosmosa. To se vidi kao kozmičko pozadinsko zračenje. A ta vrsta zračenja više nije vidljiva oku kao valovi unutar mikrovalne pećnice.
Primordijalna svjetlost NIJE zračenje koje danas vidimo. Primordijalno zračenje je prešlo u crveno na vrlo nizak kraj elektromagnetskog spektra. Do toga je došlo tako što se svemir proširio od onoga što izvorno možda nije bio veći od jednog jedinog atoma do točke u kojoj naši najljepši instrumenti tek trebaju pronaći bilo kakvu granicu. Znajući da je primordijalna svjetlost sada toliko iscrpljujuća, moramo potražiti negdje drugdje kako bismo uzeli u obzir vrstu svjetlosti koje su vidljive našim očima i optičkim teleskopom.
Zvijezde (poput našeg Sunca) postoje zato što prostor-vrijeme više ne prenose prosto svjetlost kao valovi. Nekako - još uvijek neobjašnjivo-1 - prostor i vrijeme također uzrokuju materiju. I jedna stvar koja razlikuje svjetlost od materije je ta da materija ima "masu" dok svjetlost nema nijednu.
Zbog mase, materija pokazuje dva glavna svojstva: inerciju i gravitaciju. Inercija se može smatrati otpornošću na promjene. U osnovi je stvar "lijena" i nastavlja raditi sve što radi - osim ako se ne ponaša na nešto izvan sebe. Rano u nastanku svemira, glavna stvar koja je prevladala lijenost materije bila je svjetlost. Pod utjecajem radijacijskog tlaka, prvobitne materije (uglavnom vodikov plin) su se "organizirale".
Nakon pucanja svjetlosti, nešto unutar materije je preuzelo - suptilno ponašanje koje nazivamo "gravitacijom". Gravitacija je opisana kao "izobličavanje prostorno-vremenskog kontinuuma". Takva izobličenja pojavljuju se gdje god se nalazi masa. Jer materija ima mase, prostorne krivulje. Upravo ta krivulja uzrokuje pomicanje materije i svjetlosti na način koji je Albert Einstein razjasnio početkom 20. stoljeća. Svaki mali atom materije uzrokuje sićušno „mikro distorziju“ u prostoru-vremenu-2, A kada se spoji dovoljno mikro iskrivljenja, stvari se mogu dogoditi na veliki način.
A dogodilo se formiranje prvih zvijezda. Nema tih običnih zvijezda - već super-masivni divovi koji žive vrlo brzo i dolaze do vrlo, vrlo spektakularnih krajeva. Na tim su se krajevima ove zvijezde urušavale u sebe (pod težinom sve te mase) stvarajući ogromne udarne valove takvog intenziteta da spajaju potpuno nove elemente sa starijih. Kao rezultat toga, prostor-vrijeme je postalo prepuno svih mnogih vrsta materije (atoma) koji čine svemirski magazin.
Danas postoje dvije vrste atomske materije: primordijalna i nešto što bismo mogli nazvati "zvijezdane stvari". Bilo da je prvobitno ili zvjezdano podrijetlo, atomska tvar čini sve stvari koje dodiruju i vide. Atomi imaju svojstva i ponašanja: inercija, gravitacija, proširenje u prostoru i gustoća. Također mogu imati električni naboj (ako je ioniziran) i sudjelovati u kemijskim reakcijama (kako bi tvorile molekule ogromne sofisticiranosti i složenosti). Sve što vidimo je zasnovano na temeljnom obrascu koji su davno uspostavili oni iskonski atomi misteriozno stvoreni nakon Velikog praska. Ovaj se obrazac temelji na dvije temeljne jedinice električnog naboja: proton i elektron - svaka koja ima masu i sposobna je raditi te stvari na koje se može podložiti.
Ali ne prati sva materija tačno vodikov prototip. Jedna je razlika u tome što atomi novije generacije imaju električno uravnotežene neutrone, kao i pozitivno nabijene protone u svojim jezgrama. Ali čak je i strana strana vrsta materije (tamne materije) koja uopće ne djeluje na svjetlo. I nadalje (samo da bi stvari bile simetrične), možda postoji vrsta energije (vakuum energija) koja ne poprima oblik fotona - djeluje više poput "nježnog pritiska" koji uzrokuje da se svemir širi zamahom koji izvorno nije opskrbljen kod Velikog praska.
Ali vratimo se na ono što možemo vidjeti ...
U odnosu na svjetlost, tvar može biti neprozirna ili prozirna - može apsorbirati ili lomiti svjetlost. Svjetlost može proći u tvar, kroz materiju, odbiti se od materije ili biti apsorbirana od materije. Kad svjetlost pređe u materiju, svjetlost usporava - dok se njezina frekvencija povećava. Kad se svjetlost odbije, mijenja se put koji je krenuo. Kad se svjetlost apsorbira, stimuliraju se elektroni što potencijalno dovodi do novih molekularnih kombinacija. Ali još značajnije, kada svjetlost prolazi kroz materiju - čak i bez apsorpcije - atomi i molekule vibriraju u prostorno-vremenskom kontinuumu i zbog toga se svjetlost može smanjiti u frekvenciji. Vidimo, zato što nešto što se naziva "svjetlost" djeluje s nečim što se naziva "materija" u nečemu što se naziva "prostorno-vremenskim kontinuumom".
Osim što je opisao gravitacijske učinke materije na prostor-vrijeme, Einstein je proveo izuzetno elegantno istraživanje utjecaja svjetlosti povezanog s foto-električnim učinkom. Prije Einsteina, fizičari su vjerovali da se sposobnost svjetla da utječu na materiju temeljila prvenstveno na "intenzitetu". No foto-električni učinak pokazao je da svjetlost utječe i na elektrone na temelju frekvencije. Tako crveno svjetlo - bez obzira na intenzitet - ne uspijeva rastaviti elektrone u metalima, dok čak i vrlo niska razina ljubičaste svjetlosti potiče mjerljive električne struje. Jasno je da brzina kojom vibrira svjetlost ima svoju snagu.
Einsteinova istraga foto-električnog učinka snažno je pridonijela onome što je kasnije postalo poznato kao kvantna mehanika. Fizičari su ubrzo saznali da su atomi selektivni u pogledu frekvencija svjetlosti koje će apsorbirati. U međuvremenu je otkriveno i da su elektroni ključni za svu kvantnu apsorpciju - ključ povezan sa svojstvima kao što su odnos elektrona prema drugima i s jezgrom atoma.
Dakle, sada dolazimo do druge točke: Selektivna apsorpcija i emisija fotona od strane elektrona ne objašnjava kontinuirano širenje frekvencija koje se vide prilikom ispitivanja svjetlosti kroz naše instrumente-3.
Što to onda može objasniti?
Jedan odgovor: Načelo "padajućeg koraka" povezano s refrakcija i apsorpcija svjetlosti.
Uobičajeno staklo - poput prozora naših domova - prozirno je do vidljive svjetlosti. Staklo ipak odražava većinu infracrvene svjetlosti i apsorbira ultraljubičasto. Kad vidljiva svjetlost uđe u prostoriju, apsorbira je namještaj, prostirke itd. Ovi predmeti pretvaraju dio svjetlosti u toplinsko ili infracrveno zračenje. To infracrveno zračenje zadržava staklo i soba se zagrijava. U međuvremenu je staklo neprozirno za ultraljubičasto. Svjetlost koju Sunce emitira u ultraljubičastoj tvari uglavnom apsorbira u atmosferu - ali neki neionizirajući ultraljubičasti zrakoplov uspijeva proći. Ultraljubičasto svjetlo se pretvara u toplinu staklom na isti način kada namještaj apsorbira i ponovo zrači vidljivu svjetlost.
Kako se sve to odnosi na prisutnost vidljive svjetlosti u Svemiru?
Unutar Sunca visokoenergetski fotoni (nevidljiva svjetlost s perimetra sunčeve jezgre) zrače solarni plašt ispod fotosfere. Ogrtač pretvara ove zrake u "toplinu" apsorpcijom - ali ova "toplina" je učestalosti koja znatno premašuje našu sposobnost gledanja. Plašt tada postavlja konvektivne struje koje nose toplinu prema van prema fotosferi dok istodobno emitiraju fotone slabije energije, ali još uvijek nevidljive. Rezultirajuća „toplina“ i „svjetlost“ prelaze u solarnu fotosferu. U fotosferi („sfera vidljive svjetlosti“) atomi se „zagrijavaju“ konvekcijom i stimuliraju se putem refrakcije da vibriraju brzinom koja je dovoljno spora da odašilje vidljivu svjetlost. Upravo je to princip odgovoran za vidljivu svjetlost koju emitiraju zvijezde koje su - daleko - najznačajniji izvor svjetlosti koji se viđa u kozmosu.
Dakle - iz određene perspektive možemo reći da je „indeks loma“ Sunčeve fotosfere sredstvo kojim se nevidljiva svjetlost pretvara u vidljivu svjetlost. U ovom se slučaju, međutim, pozivamo na ideju da je indeks loma fotosfere toliko visok da su visokoenergetske zrake savijene do točke apsorpcije. U tom se slučaju pojavljuju valovi niže frekvencije koji zrače kao oblik topline primjetljive za oko, a ne jednostavno topli na dodir ...
I uz sve to razumijevanje ispod naših intelektualnih stopala, sada možemo odgovoriti na naše pitanje: Svjetlo koje danas vidimo je iskonska svjetlost stvaranja. Ali to je svjetlo koje se materijaliziralo nekoliko stotina tisuća godina nakon Velikog praska. Kasnije se ta materijalizirana svjetlost spojila pod djelovanjem gravitacije kao velike kondenzirane kugle. Te su kuglice tada razvile snažne alkemijske peći kako bi materiju materijalizirale na svjetlost nevidljiv, Kasnije - putem refrakcije i apsorpcije, nevidljiva svjetlost je postala vidljiva očima obredom prolaska kroz one velike "leće svjetlosti" koje nazivamo zvijezdama ...
-1Kako će se sve kosmološke stvari detaljno prevesti vjerojatno je glavno područje astronomskih istraživanja danas i to će fizičari - sa svojim "razbijačima atoma", astronomi - svojim teleskopima, matematičari - sa svojim super-računalima (i olovkama!) i kozmolozi - sa svojim suptilnim razumijevanjima ranih godina svemira - da bi zbrkali cijelu stvar.
-2
U određenom smislu stvar može jednostavno biti izobličenje prostorno-vremenskog kontinuuma - ali daleko smo od razumijevanja tog kontinuuma u svim njegovim svojstvima i ponašanjima.
-3Sunce i svi svjetlosni izvori svjetlosti prikazuju apsorpciju tamnih zraka i svijetle trake emitiranja vrlo uskih frekvencija. To su, naravno, različite Fraunhoferove linije koje se odnose na kvantna mehanička svojstva povezana s prijelaznim stanjima elektrona povezanih s specifičnim atomima i molekulama.
O autoru:Inspiriran remek-djelom iz ranih 1900: "Nebo kroz teleskope tri, četiri i pet inča", Jeff Barbour započeo je astronomiju i svemirsku znanost u dobi od sedam godina. Trenutno Jeff posvećuje većinu svog vremena promatrajući nebesa i održavajući web stranicu Astro.Geekjoy.
