Pred časom (13,7 milijarde let po nekaterih računih) se je zgodil precej pomemben kozmološki dogodek. Govorimo seveda o velikem udaru. Kozmologi nam pravijo, da nekoč ni bilo vesolja, kot ga poznamo. Kar je bilo pred tem časom, je bilo nično - izven vsakega pojmovanja. Zakaj? No, na to vprašanje obstaja nekaj odgovorov - filozofski odgovor na primer: Ker preden se je vesolje oblikovalo, se ni bilo mogoče zamisliti, z ali celo približno. Vendar obstaja tudi znanstveni odgovor in ta odgovor se spušča na to: Pred velikim praskom ni bilo prostorno-časovni kontinuum - the nematerialni medij skozi katero se premikajo vse stvari in energija.
Ko se je pojavil vesoljsko-časovni kontinuum, so bile eno najpomembnejših stvari enote svetlobnih fizikov, ki jih imenujejo "fotoni". Znanstveni pojem fotonov se začne z dejstvom, da ti osnovni delci energije kažejo dve na videz nasprotujoči si vedenji: Eno vedenje je povezano s tem, kako delujejo kot člani skupine (v valovitem predelu), drugo pa se nanaša na to, kako se obnašajo izolirano (kot diskretni delci). Posamezen foton je mogoče razumeti kot sveženj valov, ki se hitro vijačijo v vesolje. Vsak paket je nihanje vzdolž dveh pravokotni osi sile - električne in magnetne. Ker je svetloba nihanje, valovni delci medsebojno delujejo. Eden izmed načinov razumevanja dvojne narave svetlobe je spoznati, da valovanje fotonov valovanje vpliva na naše teleskope - vendar posamezni fotoni absorbirajo nevroni v naših očeh.
Prvi fotoni, ki potujejo skozi vesoljsko-časovni kontinuum, so bili izjemno močni. Kot skupina so bili neverjetno intenzivni. Kot posamezniki so vsak vibrirali z izjemno hitrostjo. Svetloba teh prvotnih fotonov je hitro osvetlila hitro rastoče meje mladostnega vesolja. Svetloba je bila povsod - toda zadeve je bilo še videti.
Ko se je vesolje širilo, se je prvotna svetloba izgubljala tako v frekvenci kot v intenzivnosti. To se je zgodilo, ko so se izvirni fotoni širili tanjše in tanjše skozi vedno širi prostor. Danes okoli kozmosa še vedno odmeva prva svetloba ustvarjanja. To vidimo kot kozmično sevanje ozadja. In ta določena vrsta sevanja ni več vidna očesu kot valovi v mikrovalovni pečici.
Primordialna svetloba NI sevanja, ki ga vidimo danes. Primordialno sevanje se je rdeče premaknilo na zelo nizek konec elektromagnetnega spektra. To se je pojavilo, ko se je vesolje razširilo od tistega, kar morda prvotno ni bilo večje od enega samega atoma, do točke, ko naši največji instrumenti še niso našli nobene meje. Če vemo, da je primordialna svetloba zdaj tako ozkočna, je treba iskati drugje, da bi upoštevali vrsto svetlobe, ki je vidna našim očem in optičnim teleskopom.
Zvezde (kot je naše Sonce) obstajajo, ker vesolje in čas ne oddajajo svetlobe več kot valovi. Nekako - še vedno nepojasnjeno-1 - prostor in čas povzroča tudi materijo. In ena stvar, ki razlikuje svetlobo od materije, je, da ima materija "maso", medtem ko svetloba nima nobene.
Snov ima zaradi mase dve glavni lastnosti: vztrajnost in težnost. Za vztrajnost se lahko šteje odpor do sprememb. V bistvu je zadeva "lena" in kar naprej počne vse, kar počne, razen če ne deluje na zunaj sebe. Zgodaj v nastajanju vesolja je bila glavna stvar, ki je premagala lenobo materije, svetloba. Pod vplivom sevalnega tlaka so se prvotne snovi (večinoma vodikov plin) "organizirale".
Po oddajanju svetlobe je nekaj znotraj materije prevzelo - tisto subtilno vedenje, ki mu rečemo "gravitacija". Gravitacija je bila opisana kot "izkrivljanje kontinuuma prostora in časa". Takšna izkrivljanja se pojavijo, kjer koli najdemo maso. Ker ima materija maso, vesoljske krivulje. Prav ta krivulja povzroči premik snovi in svetlobe na načine, ki jih je zgodaj v dvajsetem stoletju razjasnil Albert Einstein. Vsak majhen atom snovi povzroči drobno “mikro distorzijo” v prostoru-času-2. In ko se dovolj mikro izkrivljenj, se stvari lahko zgodijo na velik način.
In zgodilo se je nastajanje prvih zvezd. Te navadne zvezde niso, ampak super množični velikani, ki živijo zelo hitro in se zelo hitro in zelo spektakularno končajo. Na teh koncih so se te zvezde strmo naselele (pod težo vse te mase), ki so ustvarile ogromno udarnih valov takšne intenzivnosti, da zlijejo povsem nove elemente iz starejših. Kot rezultat, se je vesolje-čas preplavil z vsemi številnimi vrstami snovi (atomi), ki so sestavljali vesoljski časopis.
Danes obstajata dve vrsti atomske snovi: primordial in nekaj, čemur lahko rečemo "zvezda". Ne glede na to, ali je izvornega izvora ali zvezdnega izvora, atomska snov sestavlja vse stvari, ki se jih dotikajo in vidijo. Atomi imajo lastnosti in vedenje: vztrajnost, težnost, razširitev v prostoru in gostota. Lahko imajo tudi električni naboj (če je ioniziran) in sodelujejo v kemičnih reakcijah (tvorijo molekule ogromne prefinjenosti in zapletenosti). Vse, kar vidimo, temelji na temeljnem vzorcu, ki so ga že davno ustanovili tisti prvotni atomi, ki so jih skrivnostno ustvarili po velikem udaru. Ta vzorec temelji na dveh osnovnih enotah električnega naboja: protonu in elektronu - vsaka z maso in zmožnost teh stvari je množična.
Vendar vsa materija ne sledi natančno vodikovemu prototipu. Ena od razlik je v tem, da imajo atomi novejše generacije v svojih jedrih električno uravnotežene nevtrone in pozitivno nabite protone. Toda tudi neznanka je vrsta snovi (temna snov), ki sploh ne vpliva na svetlobo. In še več (samo za ohranitev stvari simetrične), je morda vrsta energije (vakuumska energija), ki nima oblike fotonov - deluje bolj kot "nežen pritisk", zaradi katerega se vesolje širi z zagonom, ki ga prvotno ni priskrbel z velikim praskom.
Toda vrnimo se k stvarem, ki jih lahko vidimo ...
V zvezi s svetlobo je lahko materija nepregledna ali prozorna - lahko absorbira ali lomi svetlobo. Svetloba lahko skozi materijo prehaja v snov, se odseva od snovi ali se materija absorbira. Ko svetloba preide v materijo, se svetloba upočasni - medtem ko se njena frekvenca povečuje. Ko se svetloba odbija, se spremeni pot, ki jo vodi. Ko se svetloba absorbira, se stimulirajo elektroni, kar potencialno vodi do novih molekulskih kombinacij. Še pomembneje pa je, ko svetloba prehaja skozi materijo - tudi brez absorpcije - atomi in molekule vibrirajo v vesolju in času in zaradi tega lahko svetloba pada po frekvenci. Vidimo, ker nekaj, kar imenujemo "svetloba", deluje z nečim, ki se imenuje "materija", v nečem, kar imenujemo vesolje-čas kontinuum.
Poleg opisa gravitacijskih vplivov snovi na prostor-čas je Einstein opravil izjemno elegantno preiskavo vpliva svetlobe, povezanega s fotoelektričnim učinkom. Pred Einsteinom so fiziki verjeli, da sposobnost lučk, da vplivajo na materijo, temeljila predvsem na "intenzivnosti". Toda fotoelektrični učinek je pokazal, da svetloba vpliva na elektrone tudi na podlagi frekvence. Tako rdeča svetloba - ne glede na intenzivnost - ne odvaja elektronov v kovinah, medtem ko celo zelo nizka raven vijolične svetlobe spodbuja merljive električne tokove. Jasno je, da ima hitrost, s katero vibrira svetloba, svojo moč.
Einsteinova preiskava fotoelektričnega učinka je močno pripomogla k temu, kar je kasneje postalo znano kot kvantna mehanika. Fiziki so kmalu izvedeli, da so atomi selektivni glede frekvenc svetlobe, ki jih bodo absorbirali. Medtem so odkrili tudi, da so elektroni ključni za vso kvantno absorpcijo - ključ, povezan z lastnostmi, kot so odnosi enega elektrona do drugih in z jedrom atoma.
Zdaj smo prišli do druge točke: Selektivna absorpcija in oddajanje fotonov z elektroni ne razlaga nenehnega širjenja frekvenc, ki ga opazimo pri pregledu svetlobe skozi naše instrumente-3.
Kaj lahko potem razloži?
En odgovor: Načelo „odstopanja“, povezano z lom in absorpcija svetlobe.
Običajno steklo - na primer v oknih naših domov - je prozorno do vidne svetlobe. Steklo pa najbolj odseva infrardečo svetlobo in absorbira ultravijolično. Ko vidna svetloba vstopi v prostor, jo absorbira pohištvo, preproge itd. Ti predmeti pretvorijo del svetlobe v toplotno ali infrardeče sevanje. To infrardeče sevanje ujame steklo in prostor se segreje. Medtem je steklo samo neprozorno za ultravijolično. Svetloba, ki jo oddaja sonce v ultravijolični svetlobi, večinoma absorbira atmosfero - vendar se nekateri neionizirajoči ultravijolični svetlobi uspejo prebiti. Ultravijolična svetloba se s steklom pretvori v toploto, tako da oprema absorbira in ponovno seva vidno svetlobo.
Kako se vse to nanaša na prisotnost vidne svetlobe v vesolju?
Znotraj Sonca visokoenergetski fotoni (nevidna svetloba z oboda sončnega jedra) obsevajo sončni plašč pod fotosfero. Ogrinjalo te žarke pretvori v "toploto" z absorpcijo - vendar je ta posebna "toplota" pogosto večja od naše zmožnosti, da vidimo. Ogrinjalo nato nastavi konvekcijske tokove, ki odvajajo toploto navzven proti fotosferi, hkrati pa oddajajo fotone z manj energije, vendar še vedno nevidne. Nastala "toplota" in "svetloba" prehajata v sončno fotosfero. V fotosferi ("sferi vidne svetlobe") se atomi "segrejejo" s konvekcijo in jih skozi refrakcijo spodbudi, da vibrirajo s hitrostjo, ki je dovolj počasna, da oddaja vidno svetlobo. In to načelo je posledica vidne svetlobe, ki jo oddajajo zvezde, ki so daleč najpomembnejši vir svetlobe, ki ga vidimo v vesolju.
Torej - z določene perspektive lahko rečemo, da je „lomni indeks“ fotosfere Sonca sredstvo, s katerim se nevidna svetloba pretvori v vidno svetlobo. V tem primeru se sklicujemo na idejo, da je lomni indeks fotosfere tako visok, da se visoko energijski žarki upognejo do točke absorpcije. Ko se to zgodi, se valovi z nižjo frekvenco sprostijo, ki sevajo kot oblika toplote, zaznavne za oko, in ne preprosto toplo na dotik ...
In ob vsem tem razumevanju pod našimi intelektualnimi nogami lahko zdaj odgovorimo na naše vprašanje: Luč, ki jo vidimo danes je prvotna svetloba stvarstva. Toda svetloba se je uresničila nekaj sto tisoč let po velikem udaru. Kasneje se je materializirana svetloba pod vplivom gravitacije združila kot velike kondenzirane krogle. Te krogle so nato razvile močne alkemične peči, ki so snovi razgradile v svetlobo neviden. Pozneje - z lomljenjem in absorpcijo - je svetloba nevidna postala vidna očem ob obhodu skozi tiste velike "leče svetilnosti", ki jih imenujemo zvezde ...
-1Kako so vse stvari, ki jih kozmološko prevajajo v detajlih, verjetno danes glavno področje astronomskih raziskav in bodo fiziki - s svojimi "razbijači atomov", astronomi - s teleskopi, matematiki - s svojimi super računalniki (in svinčniki!) in kozmologi - s svojim subtilnim razumevanjem zgodnjih let vesolja - uganiti vso stvar skozi.
-2
V nekem smislu je stvar preprosto biti izkrivljanje vesoljsko-časovnega kontinuuma - vendar smo daleč od razumevanja tega kontinuuma v vseh njegovih lastnostih in vedenjih.
-3Sonce in vsi svetlobni viri svetlobe prikazujejo temno absorpcijo in svetle pasove oddajanja zelo ozkih frekvenc. To so seveda različne Fraunhoferjeve linije, povezane s kvantnimi mehanskimi lastnostmi, povezanimi s prehodnimi stanji elektronov, povezanimi s specifičnimi atomi in molekulami.
O avtorju:Navdušen nad mojstrovino zgodnjih 1900: "Nebo skozi tri, štiri in pet palčne teleskope" je Jeff Barbour pri sedmih letih začel z astronomijo in vesoljsko znanostjo. Trenutno Jeff večino svojega časa namenja opazovanju nebes in vzdrževanju spletne strani Astro.Geekjoy.
