Недавно (13,7 мільярдів років за деякими даними) сталася досить значна космологічна подія. Ми говоримо, звичайно, про Великий вибух. Космологи говорять нам, що свого часу не було Всесвіту, як ми його знаємо. Те, що існувало до цього часу, було нікчемним - поза всіма ідеями. Чому? Ну, є кілька відповідей на це питання - філософська відповідь наприклад: Тому що до того, як Всесвіт сформувалася, не можна було замислюватись, з чим і навіть про що. Але є також наукова відповідь, і ця відповідь зводиться до цього: До Великого вибуху не було просторово-часовий континуум - нематеріальне середовище через яку рухаються всі речі енергія і матерія.
Після того, як просторово-часовий континуум з'явився, однією з найбільш рухомих речей стали одиниці світла, які фізики називають "фотонами". Наукове уявлення про фотони починається з того, що ці елементарні частинки енергії проявляють дві, здавалося б, суперечливі поведінки: одна поведінка має відношення до того, як вони діють як члени групи (у хвилі фронту), а інша стосується того, як вони поводяться ізольовано (як дискретні частинки). Окремий фотон можна розглядати як пакет хвиль, що швидко прокручується пробкою через космос. Кожен пакет - це коливання вздовж двох перпендикулярних осей сили - електричної та магнітної. Оскільки світло - це коливання, частинки хвилі взаємодіють між собою. Одним із способів розуміння подвійної природи світла є усвідомлення того, що хвиля за хвилею фотонів впливає на наші телескопи - але окремі фотони поглинаються нейронами в наших очах.
Найперші фотони, що подорожували через космічно-часовий континуум, були надзвичайно потужними. Як група, вони були неймовірно напруженими. Як люди, кожен вібрував із надзвичайною швидкістю. Світло цих первісних фотонів швидко висвітлювало швидко розширюються межі юнацького Всесвіту. Світло було скрізь - але матерію ще не було видно.
У міру розширення Всесвіту первісне світло втрачалося як по частоті, так і по інтенсивності. Це траплялося, коли оригінальні фотони поширювались все тонше і тонше у просторі, що постійно розширюється. Сьогодні перше світло творіння все ще перегукується навколо космосу. Це сприймається як космічне випромінювання фону. І саме цей випромінювання не видно оку, як хвилі в мікрохвильовій печі.
Первісне світло НЕ є випромінюванням, яке ми бачимо сьогодні. Первинне випромінювання перейшло в червоний колір до самого низького кінця електромагнітного спектру. Це сталося, коли Всесвіт розширювалася від того, що, можливо, спочатку було не більше одного атома, до того, коли наші найстаріші інструменти ще не знайшли жодної межі. Знаючи, що споконвічне світло зараз настільки потрійне, змушує шукати в іншому місці, щоб врахувати вид світла, видимий нашим очам та оптичні телескопи.
Зірки (такі як наше Сонце) існують тому, що простір-час не просто передає світло як хвилі. Якось - ще незрозуміло-1 - простір-час також спричиняє матерію. І одне, що відрізняє світло від матерії, це те, що матерія має "масу", а світла - ні.
Через масу речовина проявляє дві основні властивості: інерцію та гравітацію. Інерцію можна вважати стійкістю до змін. В основному матерія "лінива" і просто продовжує робити все, що робить, якщо тільки не діяла на щось поза собою. На початку утворення Всесвіту головне, що долає лінивість матерії, - це світло. Під впливом тиску випромінювання первісна речовина (переважно газ водню) «організувалася».
Після випромінювання світла всередині матерії перейняло щось таке - тонка поведінка, яку ми називаємо "гравітацією". Гравітація була описана як "спотворення простору-часу континуум". Такі спотворення виникають там, де знайдеться маса. Оскільки матерія має масу, криві простору. Саме ця крива змушує матерію і світло рухатися способами, з'ясованими на початку ХХ століття Альбертом Ейнштейном. Кожен маленький атом речовини викликає крихітні «мікроспотворення» у просторі-часі-2. І коли зблизиться достатньо мікро спотворень, все може відбутися великим чином.
І те, що сталося, це утворення перших зірок. Ніяких звичайних зірок - але надмасові гіганти, які дуже швидко живуть і досягають дуже-дуже вражаючих цілей. На цих кінцях ці зірки впали на себе (під вагою всієї цієї маси), генеруючи величезні ударні хвилі такої інтенсивності, що зливають абсолютно нові елементи зі старих. Як результат, простір-час переповнюється всіма багатьма видами речовини (атомами), що складаються з космічного журналу.
Сьогодні існує два типи атомної речовини: первинний і щось, що ми можемо назвати «зірковою речовиною». Незалежно від походження або зоряного походження, атомна матерія складає всі речі, що торкаються і бачать. Атоми мають властивості та поведінку: інертність, гравітація, розширення в просторі та щільність. Вони також можуть мати електричний заряд (якщо іонізований) та брати участь у хімічних реакціях (утворювати молекули надзвичайної витонченості та складності). Все, що ми бачимо, базується на фундаментальній схемі, встановленій давно тими первинними атомами, загадково створеними після Великого вибуху. Ця закономірність заснована на двох основних одиницях електричного заряду: протоні та електроні, кожна з яких має масу і здатна робити ці речі масовими.
Але не вся матерія точно відповідає водневому прототипу. Одна відмінність полягає в тому, що атоми нового покоління мають в своїх ядрах електрично врівноважені нейтрони, а також позитивно заряджені протони. Але навіть незнайомий - це матерія (темна матерія), яка взагалі не взаємодіє зі світлом. І крім того (лише для того, щоб речі були симетричними), може виникнути такий тип енергії (енергія вакууму), який не приймає форми фотонів - діючий більше як «м'який тиск», що змушує Всесвіт розширюватися з імпульсом, який не постачався спочатку. великим вибухом.
Але повернемося до того, що ми можемо побачити ...
Стосовно до світла речовина може бути непрозорою або прозорою - вона може поглинати або заломлювати світло. Світло може переходити в матерію, через матерію, відбиватися від матерії або бути поглиненим матерією. Коли світло переходить у матерію, світло сповільнюється - при цьому його частота збільшується. Коли світло відбивається, шлях, який він проходить, змінюється. Коли світло поглинається, електрони стимулюються, що потенційно призводить до нових молекулярних комбінацій. Але ще істотніше, коли світло проходить через речовину - навіть без поглинання - атоми і молекули вібрують просторово-часовий континуум і через це світло може зменшуватися по частоті. Ми бачимо, тому що щось, що називається "світло", взаємодіє з чимось, що називається "матерія", в тому, що називається "простором-часом континуум".
Окрім опису гравітаційних впливів речовини на простір-час, Ейнштейн провів надзвичайно елегантне дослідження впливу світла, пов’язаного з фотоелектричним ефектом. До Ейнштейна фізики вважали, що здатність світла впливати на матерію ґрунтувалася насамперед на "інтенсивності". Але фотоелектричний ефект показав, що світло впливає на електрони також на основі частоти. Таким чином, червоне світло - незалежно від інтенсивності - не вдається вивести електронів у метали, тоді як навіть дуже низький рівень фіолетового світла стимулює вимірювані електричні струми. Зрозуміло, швидкість, з якою вібрує світло, має власну потужність.
Дослідження Ейнштейна щодо фотоелектричного ефекту значною мірою сприяло тому, що згодом стало називатися квантовою механікою. Фізики незабаром дізналися, що атоми вибіркові щодо того, які частоти світла вони будуть поглинати. Тим часом було також виявлено, що електрони були ключем до всього квантового поглинання - ключем, пов’язаним із такими властивостями, як відношення одних електронів до інших та з ядром атома.
Отже, тепер ми підійшли до другого моменту: Селективне поглинання та випромінювання фотонів електронами не пояснює безперервного поширення частот, що спостерігається при дослідженні світла за допомогою наших приладів-3.
Що тоді це може пояснити?
Одна відповідь: Принцип "зменшення", пов'язаний з заломлення та поглинання світла.
Звичайне скло - наприклад, у вікнах наших будинків - прозоре для видимого світла. Однак скло відбиває більшість інфрачервоного світла і поглинає ультрафіолет. Коли видиме світло потрапляє в приміщення, воно поглинається меблями, килимами тощо. Ці предмети перетворюють частину світла в тепло - або інфрачервоне випромінювання. Це інфрачервоне випромінювання захоплюється склом, і приміщення нагрівається. Тим часом саме скло непрозоре для ультрафіолету. Світло, що випромінюється Сонцем в ультрафіолеті, в основному поглинається атмосферою - але деяким неіонізуючим ультрафіолетом вдається проникнути. Ультрафіолетове світло перетворюється в тепло склом так само, як меблі поглинає і повторно випромінює видиме світло.
Як це все стосується наявності видимого світла у Всесвіті?
Всередині Сонця фотони високої енергії (невидиме світло з периметра сонячного ядра) опромінюють сонячну мантію під фотосферою. Мантія перетворює ці промені на «тепло» шляхом поглинання, але саме це «тепло» є частотою, що значно перевищує нашу здатність бачити. Потім мантія встановлює конвективні струми, що проводять тепло назовні до фотосфери, одночасно випромінюючи фотони з меншою енергією, але все ще невидимі. Отримане в результаті "тепло" і "світло" переходить до сонячної фотосфери. У фотосфері («сфера видимого світла») атоми «нагріваються» конвекцією та стимулюються шляхом заломлення вібрувати зі швидкістю, достатньо повільною, щоб виділяти видиме світло. І саме на цей принцип припадає видиме світло, випромінюване зірками, які є, безумовно, найбільш значущим джерелом світла, що спостерігається у космосі.
Отже - з певної точки зору можна сказати, що “показник заломлення” фотосфери Сонця є засобом, за допомогою якого невидиме світло перетворюється у видиме світло. Однак у цьому випадку ми посилаємось на думку про те, що показник заломлення фотосфери настільки високий, що високоенергетичні промені пригнуті до точки поглинання. При цьому виникають хвилі більш низької частоти, що випромінюються як форма відчуття тепла для очей, а не просто тепла на дотик ...
І маючи все це розуміння під нашими інтелектуальними ногами, ми можемо тепер відповісти на наше запитання: Світло, яке ми бачимо сьогодні є первісне світло творіння. Але це світло, що матеріалізувалося через кілька сотень тисяч років після Великого вибуху. Пізніше це матеріалізоване світло зібралося під впливом сили тяжіння як великі згущені кулі. Потім ці кулі виробили потужні алхімічні печі, що дематеріалізували речовину на світ невидимий. Пізніше - через заломлення та поглинання - світло невидиме стало видно оку в обряді проходження крізь ті великі «лінзи світності», які ми називаємо зірками ...
-1Як космологічні речі детально перетворюються - це, мабуть, головна область астрономічних досліджень сьогодні, і це займе фізиків - їхніх «атомних рушників», астрономів - їх телескопами, математиків - їхніх суцільних суперкомп'ютерів (і олівців!) а космологи - з їх тонким розумінням ранніх років Всесвіту - розгадувати всю справу наскрізь.
-2
У певному сенсі справа може просто бути спотворення простору-часу, континуум - але ми далекі від розуміння цього континууму у всіх його властивостях та поведінці.
-3Сонце та всі світлові джерела світла демонструють темне поглинання та яскраві смуги випромінювання дуже вузьких частот. Звичайно, це різні лінії Фраунгофера, пов'язані з квантовими механічними властивостями, пов'язаними з перехідними станами електронів, пов'язаними з конкретними атомами та молекулами.
Про автора:Натхненний шедевром початку 1900 року: "Небо через три, чотири і п'ять дюймових телескопів", Джефф Барбур отримав початок в астрономії та космічній науці у семирічному віці. В даний час Джефф приділяє значну частину свого часу спостереженню за небом та підтримці веб-сайту Astro.Geekjoy.
