Ne tik sen (dažos kontos tas bija 13,7 miljardi gadu) notika diezgan nozīmīgs kosmoloģisks notikums. Protams, mēs runājam par Lielo sprādzienu. Kosmologi mums saka, ka vienā reizē nebija tāda Visuma, kādu mēs to zinām. Tas, kas pastāvēja pirms tā laika, bija spēkā neesošs - ārpus visa priekšstata. Kāpēc? Uz šo jautājumu ir pāris atbildes - filozofiska atbilde Piemēram: Tāpēc, ka pirms Visuma veidošanās nebija nekā, ko iedomāties, ar ko vai pat par ko. Bet ir arī zinātniska atbilde, un šī atbilde ir šāda: Pirms lielā sprādziena nebija telpas-laika kontinuums - nemateriāla vide caur kuru pārvietojas visas lietas, enerģija un matērija.
Kad kosmosa-laika kontinuums parādījās, viena no viskustīgākajām lietām, kas jāizveido, bija gaismas fiziķu vienības, kuras sauc par “fotoniem”. Fotonu zinātniskais jēdziens sākas ar faktu, ka šīm elementārajām enerģijas daļiņām ir divas šķietami pretrunīgas izturēšanās: Viena uzvedība ir saistīta ar to, kā viņi darbojas kā grupas locekļi (viļņu frontā), bet otra attiecas uz to, kā viņi uzvedas izolēti (kā diskrētas daļiņas). Atsevišķu fotonu var uzskatīt par viļņu paketi, kurā korķis ātri pieskrūvē kosmosu. Katra pakete ir svārstība pa divām perpendikulārām spēka asīm - elektrisko un magnētisko. Tā kā gaisma ir svārstības, viļņu daļiņas mijiedarbojas savā starpā. Viens veids, kā izprast gaismas divējādo raksturu, ir saprast, ka viļņu fotonu vilnis ietekmē mūsu teleskopus - bet atsevišķus fotonus mūsu acīs absorbē neironi.
Pirmie fotoni, kas pārvietojās pa telpas-laika kontinuumu, bija ārkārtīgi spēcīgi. Kā grupa viņi bija neticami intensīvi. Kā indivīdi katrs vibrēja ar neparastu ātrumu. Šo pirmatnējo fotonu gaisma ātri izgaismoja jaunības Visuma strauji augošās robežas. Gaisma bija visur, bet matērija vēl bija jāredz.
Paplašinoties Visumam, pirmatnējā gaisma zaudēja gan frekvenci, gan intensitāti. Tas notika, oriģinālajiem fotoniem izplatoties arvien plānākā un arvien plašākā telpā. Mūsdienās pirmā radīšanas gaisma joprojām atbalsojas ap kosmosu. To uzskata par kosmisku fona starojumu. Un šī konkrētā tipa starojums vairs nav acīm redzams, kā viļņi mikroviļņu krāsnī.
Pirmatnējā gaisma NAV tas starojums, ko mēs šodien redzam. Pirmatnējais starojums ir sarkani mainījies uz ļoti zemu elektromagnētiskā spektra galu. Tas notika, kad Visums paplašinājās no tā, kas sākotnēji varbūt nebija lielāks par vienu atomu, līdz vietai, kur mūsu izcilākajiem instrumentiem vēl ir jāatrod jebkādas robežas. Zinot, ka pirmatnējā gaisma tagad ir tik milzīga, ir jāmeklē citur, lai ņemtu vērā to, kāda veida gaisma ir redzama mūsu acīm un optiskajiem teleskopiem.
Zvaigznes (piemēram, mūsu saule) pastāv tāpēc, ka telpas laiks ne tikai pārraida gaismu kā viļņi. Kaut kā - joprojām neizskaidrojami-1 - kosmiskais laiks izraisa arī lietu. Un viena lieta, kas atšķir gaismu no matērijas, ir tā, ka matērijai ir “masa”, kamēr gaismai nav.
Masas dēļ matērijai ir divas galvenās īpašības: inerce un smagums. Inerci var domāt kā pretestību pārmaiņām. Būtībā matērija ir “slinka”, un tā turpina darīt visu, ko tā ir darījusi, ja vien tā nerīkojas pēc kaut kā ārpus sevis. Visuma veidošanās sākumā, pārvarot matērijas slinkumu, galvenais bija gaisma. Radiācijas spiediena ietekmē pirmatnējās vielas (galvenokārt ūdeņraža gāze) tika “sakārtotas”.
Pēc gaismas provēšanas kaut kas matērijas iekšienē pārņēma - šo smalko uzvedību mēs saucam par “smagumu”. Gravitācija tika aprakstīta kā “telpas-laika kontinuuma kropļojums”. Šādi izkropļojumi rodas visur, kur tiek atrasta masa. Tā kā matērijai ir masa, telpas izliekumi. Tieši šī līkne liek matērijai un gaismai virzīties pa veidiem, kurus divdesmitajā gadsimta sākumā noskaidroja Alberts Einšteins. Katrs mazais matērijas atoms izraisa niecīgu “mikrodeformāciju” telpā-laikā-2. Un, kad sanāk pietiekami daudz mikro kropļojumu, lietas var notikt lielā mērā.
Un tas, kas notika, bija pirmo zvaigžņu veidošanās. Neviena parastā zvaigzne, bet supermasīvi milži, kas dzīvo ļoti ātri un nonāk ļoti, ļoti iespaidīgi. Šajos galos šīs zvaigznes sabruka pašas (zem visa šīs masas svara), radot milzīgus trieciena viļņus ar tik intensīvu intensitāti, ka sakausē pilnīgi jaunus elementus no vecākiem. Rezultātā kosmosa laiks tika pielietots visiem daudzajiem matēriju veidiem (atomiem), kas veido žurnālu Space.
Mūsdienās pastāv divu veidu atomu vielas: Primordial un kaut kas, ko mēs varētu dēvēt par “star-stuff”. Neatkarīgi no tā, vai tā ir pirmatnēja vai zvaigžņu izcelsme, atomu viela veido visas pieskartās un redzētās lietas. Atomiem piemīt īpašības un izturēšanās veids: inerce, smagums, paplašināšanās telpā un blīvums. Viņiem var būt arī elektriskais lādiņš (ja tas ir jonizēts) un piedalīties ķīmiskās reakcijās (lai izveidotu milzīgas sarežģītības un sarežģītības molekulas). Viss jautājums, ko mēs redzam, ir balstīts uz fundamentālu modeli, ko jau sen izveidoja tie pirmatnējie atomi, kas mistiski radīti pēc Lielā sprādziena. Šis modelis balstās uz divām elektriskā lādiņa pamatvienībām: protonu un elektronu - katram ir masa un tas ir spējīgs veikt šīs lietas.
Bet ne visas matērijas precīzi seko ūdeņraža prototipam. Viena atšķirība ir tā, ka jaunākās paaudzes atomiem kodolos ir elektriski līdzsvaroti neitroni, kā arī pozitīvi lādēti protoni. Bet pat svešinieks ir matērijas (tumšās matērijas) veids, kas vispār nav mijiedarbīgs ar gaismu. Un turklāt (tikai lai lietas būtu simetriskas), var būt kāds enerģijas veids (vakuuma enerģija), kas nav fotonu formā - darbojas vairāk kā “maigs spiediens”, liekot Visumam izplesties ar tādu impulsu, kas nav oriģināli piegādāts ar Lielo sprādzienu.
Bet atgriezīsimies pie lietām, kuras mēs varam redzēt ...
Saistībā ar gaismu matērija var būt necaurspīdīga vai caurspīdīga - tā var absorbēt vai refrakcijas gaismu. Gaisma caur matēriju var nokļūt matērijā, atspoguļot matēriju vai būtne to var absorbēt. Kad gaisma nonāk matērijā, gaisma palēninās, kamēr tās frekvence palielinās. Kad gaisma atstarojas, mainās tā ceļš. Kad gaisma ir absorbēta, elektroni tiek stimulēti, kas potenciāli noved pie jaunām molekulārām kombinācijām. Bet vēl nozīmīgāk, kad gaisma iet caur matēriju - pat bez absorbcijas - atomi un molekulas vibrē telpas-laika kontinuumu un tāpēc gaismu var samazināt frekvencē. Mēs redzam, jo kaut kas ar nosaukumu “gaisma” mijiedarbojas ar kaut ko, ko sauc par “matēriju”, ko sauc par “telpas-laika kontinuumu”.
Papildus matērijas gravitācijas ietekmes aprakstīšanai uz telpas laiku Einšteins veica ārkārtīgi elegantu gaismas ietekmes, kas saistīta ar fotoelektrisko efektu, izpēti. Pirms Einšteina fiziķi uzskatīja, ka gaismas spēja ietekmēt matēriju galvenokārt balstās uz “intensitāti”. Bet fotoelektriskais efekts parādīja, ka gaisma elektronus ietekmē arī uz frekvenci. Tādējādi sarkanā gaisma, neatkarīgi no intensitātes, nespēj izkliedēt elektronus metālos, bet pat ļoti zems violetas gaismas līmenis stimulē izmērāmus elektriskos strāvus. Skaidrs, ka gaismas vibrācijas ātrumam ir savs spēks.
Einšteina fotoelektriskā efekta izpēte ļoti sekmēja to, kas vēlāk kļuva pazīstams kā kvantu mehānika. Fizikāli drīz uzzināja, ka atomi selektīvi izvēlas gaismas frekvences. Tikmēr tika arī atklāts, ka elektroni ir atslēga uz visu kvantu absorbciju - atslēga, kas saistīta ar tādām īpašībām kā vienas elektronu attiecības ar citiem un ar atoma kodolu.
Tāpēc tagad mēs nonākam pie otrā punkta: selektīvā absorbcija un fotonu emisija ar elektroniem nepaskaidro pastāvīgo frekvenču izplatību, kas redzama, pārbaudot gaismu caur mūsu instrumentiem-3.
Kas to tad var izskaidrot?
Viena atbilde: “atkāpšanās” princips, kas saistīts ar gaismas refrakcija un absorbcija.
Parasts stikls - piemēram, mūsu māju logos - ir caurspīdīgs redzamajai gaismai. Tomēr stikls atspoguļo visvairāk infrasarkano gaismu un absorbē ultravioleto starojumu. Kad telpā redzama gaisma, to absorbē mēbeles, pledi utt. Šie priekšmeti daļu gaismas pārvērš siltuma vai infrasarkanā starojumā. Šis infrasarkanais starojums ir ieslodzīts stiklā un telpa sakarst. Tikmēr stikls pats ir necaurspīdīgs pret ultravioleto. Gaismu, ko Saule izstaro ultravioletā starojumā, galvenokārt absorbē atmosfēra - bet dažiem nejonizējošiem ultravioletajiem stariem izdodas izkļūt cauri. Ultravioleto gaismu stikls pārvērš siltumā, tāpat kā mēbeļi absorbē un atkārtoti izstaro redzamo gaismu.
Kā tas viss attiecas uz redzamās gaismas klātbūtni Visumā?
Saules iekšpusē augstas enerģijas fotoni (neredzams apgaismojums no saules kodola perimetra) apstaro saules apvalku zem fotosfēras. Apvalks šos starus absorbējot pārvērš “siltumā” - bet šī “karstuma” frekvence ir krietni lielāka par mūsu spējām redzēt. Tad apvalks izveido konvekcijas strāvas, kas izvada siltumu uz āru fotosfēras virzienā, vienlaikus izstarojot arī mazāk enerģijas patērētus, bet tomēr neredzamus fotonus. Iegūtais “siltums” un “gaisma” nokļūst Saules fotosfērā. Fotosfērā (“redzamās gaismas sfēra”) atomi tiek “uzkarsēti” ar konvekciju un ar refrakcijas palīdzību tiek stimulēti vibrēt ar ātrumu, kas ir pietiekami lēns, lai izdalītu redzamu gaismu. Un tieši šis princips ir saistīts ar zvaigznīšu izstaroto redzamo gaismu, kas līdz šim ir visnozīmīgākais gaismas avots, kas redzams visā kosmosā.
Tātad - no noteikta skatupunkta mēs varam teikt, ka Saules fotosfēras “refrakcijas indekss” ir līdzeklis, ar kuru neredzamā gaisma tiek pārvērsta redzamā gaismā. Tomēr šajā gadījumā mēs atsaucamies uz ideju, ka fotosfēras refrakcijas koeficients ir tik augsts, ka augstas enerģijas stari ir saliekti absorbcijas vietā. Kad tas notiek, zemākas frekvences viļņi rodas, izstarojot kā acij jutīgu karstumu, nevis vienkārši sasildami pieskārienu.
Un ar visu šo izpratni zem mūsu intelektuālajām pēdām mēs tagad varam atbildēt uz mūsu jautājumu: Gaisma, ko mēs šodien redzam ir radīšanas pirmatnējā gaisma. Bet ir skaidrs, ka tas notika dažus simtus tūkstošu gadu pēc Lielā sprādziena. Vēlāk šī materializētā gaisma saplūda gravitācijas ietekmē kā lielas kondensētas orbītas. Pēc tam šīs orbītas izstrādāja jaudīgas alķīmiskās krāsnis, kas gaismā dematerializē materiālu neredzams. Vēlāk - ar refrakcijas un absorbcijas palīdzību - neredzamā gaisma tika padarīta acij redzama, apejot cauri tām lielajām “gaismas lēcām”, kuras mēs saucam par zvaigznēm.
-1Tas, kā viss kosmoloģiskais process tika detalizēti atspoguļots, iespējams, ir galvenā astronomisko pētījumu joma šodien, un fiziķiem - ar viņu “atomu iznīcinātājiem”, astronomiem - ar saviem teleskopiem, matemātiķiem - ar numuriem kraukšķīgajiem superdatoriem (un zīmuļiem!) un kosmologi - ar savu smalko izpratni par Visuma pirmajiem gadiem - pārdomāt visu.
-2
Savā ziņā lieta var vienkārši būt telpas-laika kontinuuma izkropļojums - bet mēs esam tālu no izpratnes par šo kontinuumu visās tā īpašībās un izturēšanās veidos.
-3Saule un visi gaismas avoti parāda tumšu absorbciju un ļoti šauras frekvences spilgtas izstarošanas joslas. Tās, protams, ir dažādas Fraunhofera līnijas, kas saistītas ar kvantu mehāniskām īpašībām, kas saistītas ar elektronu pārejas stāvokļiem, kas saistīti ar konkrētiem atomiem un molekulām.
Par autoru:Iedvesmojoties no 1900. gada sākuma šedevra: “Debesis cauri trīs, četru un piecu collu teleskopiem”, Džefs Bārbors sāka astronomijas un kosmosa zinātnes sākumu septiņu gadu vecumā. Pašlaik Džefs lielu laika daļu velta debesu novērošanai un vietnes Astro.Geekjoy uzturēšanai.
