Nu a fost prea mult timp în urmă (13,7 miliarde de ani de unele conturi) a avut loc un eveniment cosmologic destul de important. Vorbim desigur despre Big Bang. Cosmologii ne spun că la un moment dat nu exista un univers așa cum îl știm noi. Orice a existat înainte de acea perioadă era nul - dincolo de orice concepție. De ce? Ei bine, există câteva răspunsuri la această întrebare - răspuns filozofic de exemplu: Pentru că înainte de a lua universul nu a fost nimic de conceput, cu sau chiar despre. Dar există, de asemenea, un răspuns științific și acest răspuns se rezumă la acesta: înainte de Big Bang nu exista continuum spațiu-timp - mediu imaterial prin care se mișcă toate lucrurile, energia și materia.
Odată ce continuumul spațiu-timp a apărut, una dintre cele mai mișcătoare lucruri care au luat formă au fost unitățile fizicienilor ușori numiți „fotoni”. Noțiunea științifică a fotonilor începe prin faptul că aceste particule elementare de energie afișează două comportamente aparent contradictorii: un comportament are legătură cu modul în care acționează ca membri ai unui grup (într-un front de undă), iar celălalt se referă la modul în care se comportă izolat. (sub formă de particule discrete). Un foton individual poate fi gândit ca un pachet de valuri care se înșurubează rapid prin spațiu. Fiecare pachet reprezintă o oscilație de-a lungul a două axe perpendiculare de forță - cea electrică și cea magnetică. Deoarece lumina este o oscilație, particulele de undă interacționează între ele. Un mod de a înțelege natura dublă a luminii este de a realiza că unda după val de fotoni ne afectează telescoapele - dar fotonii individuali sunt absorbiți de neuronii din ochii noștri.
Primii fotoni care călătoresc prin continuul spațiu-timp au fost extrem de puternici. Ca grup, au fost incredibil de intense. Ca indivizi, fiecare a vibrat într-un ritm extraordinar. Lumina acestor fotoni primordiali a luminat rapid limitele în expansiune rapidă ale universului tineresc. Lumina era peste tot - dar materia încă era de văzut.
Pe măsură ce universul s-a extins, lumina primordială s-a pierdut atât în frecvență, cât și în intensitate. Acest lucru s-a produs pe măsură ce fotonii originali s-au răspândit mai subțiri și mai subțiri într-un spațiu în continuă expansiune. Astăzi, prima lumină a creației încă echos în jurul cosmosului. Aceasta este văzută ca radiație cosmică de fond. Iar acea radiație de tip particular nu mai este vizibilă pentru ochi ca undele dintr-un cuptor cu microunde.
Lumina primordială NU este radiația pe care o vedem astăzi. Radiația primordială s-a redus spre capătul foarte scăzut al spectrului electromagnetic. Acest lucru s-a produs pe măsură ce universul s-a extins de la ceea ce inițial nu a fost mai mare decât un singur atom până la punctul în care cele mai mari instrumente ale noastre nu au găsit încă nicio limită. Știind că lumina primordială este acum atât de ternă, face necesar să căutăm în altă parte pentru a da seama de felul de lumină vizibilă pentru ochii noștri și pentru telescoapele optice.
Stelele (cum ar fi Soarele nostru) există deoarece spațiul-timp face mai mult decât pur și simplu transmite lumina sub formă de unde. Cumva - încă neexplicat-1 - spațiul-timp cauzează și materia. Și un lucru care distinge lumina de materie este că materia are „masă”, în timp ce lumina nu o are.
Din cauza masei, materia prezintă două proprietăți principale: inerția și gravitația. Inerția poate fi considerată rezistență la schimbare. Practic, materia este „leneșă” și continuă să facă tot ce a făcut - cu excepția cazului în care a acționat cu ceva din afară. La începutul formării universului, principalul lucru care a depășit lenea materiei a fost lumina. Sub influența presiunii radiației, materia primordială (în mare parte hidrogen gaz) s-a „organizat”.
După producerea luminii, ceva din interiorul materiei a preluat - acel comportament subtil pe care îl numim „gravitate”. Gravitația a fost descrisă ca o „distorsiune a continuumului spațiu-timp”. Astfel de distorsiuni apar oriunde se găsește masa. Deoarece materia are masă, curbe spațiale. Această curbă este cea care face ca materia și lumina să se miște în moduri elucidate la începutul secolului XX de Albert Einstein. Fiecare atom de materie determină o micuță „micro-distorsiune” în spațiu-timp-2. Și atunci când se adună suficiente micro-distorsiuni, lucrurile se pot întâmpla într-un mod mare.
Și ceea ce s-a întâmplat a fost formarea primelor stele. Nu există stele obișnuite, dar giganti super-masivi care trăiesc vieți foarte rapide și ajung la finaluri foarte, foarte spectaculoase. În aceste capete, aceste stele s-au prăbușit pe ele însele (sub greutatea întregii mase), generând valuri de șoc extraordinare de o asemenea intensitate încât să fuzioneze elemente complet noi din cele mai vechi. Drept urmare, spațiul-timp a devenit sufocat cu multe tipuri de materie (atomi) care alcătuiesc revista Space.
Astăzi, există două tipuri de materie atomică: Primordial și ceva ce am putea numi „chestii cu stele”. Indiferent dacă are originea primordială sau stelară, materia atomică compune toate lucrurile atinse și văzute. Atomii au proprietăți și comportamente: inerție, gravitație, extensie în spațiu și densitate. De asemenea, pot avea sarcină electrică (dacă sunt ionizate) și pot participa la reacții chimice (pentru a forma molecule de o sofisticare și complexitate imensă). Toată materia pe care o vedem se bazează pe un model fundamental stabilit cu mult timp în urmă de acei atomi primordiali creați în mod misterios după Big Bang. Acest model este bazat pe două unități fundamentale de încărcare electrică: protonul și electronul - fiecare având masă și capabil să facă aceste lucruri în masă.
Dar nu toată materia urmărește exact prototipul hidrogenului. O diferență este că atomii de generație mai nouă au neutroni echilibrați electric, precum și protoni încărcați pozitiv în nucleele lor. Dar chiar și un străin este un tip de materie (materie întunecată) care nu interacționează deloc cu lumina. Și în plus (doar pentru a menține lucrurile simetrice), poate exista un tip de energie (energia în vid) care nu ia forma fotonilor - acționând mai degrabă ca o „presiune blândă” care face ca universul să se extindă cu un impuls care nu este furnizat în mod original de Big-Bang.
Dar să revenim la lucrurile pe care le putem vedea ...
În raport cu lumina, materia poate fi opacă sau transparentă - poate absorbi sau refracta lumina. Lumina poate trece în materie, prin materie, poate reflecta materia sau poate fi absorbită de materie. Când lumina trece în materie, lumina încetinește - în timp ce frecvența ei crește. Când lumina se reflectă, calea necesară se schimbă. Când lumina este absorbită, electronii sunt stimulați care pot duce la noi combinații moleculare. Dar și mai semnificativ, când lumina trece prin materie - chiar și fără absorbție - atomii și moleculele vibrează continuul spațiu-timp și din această cauză, lumina poate fi redusă în frecvență. Vedem, pentru că ceva numit „lumină” interacționează cu ceva numit „materie” în ceva numit „continuum spațiu-timp”.
Pe lângă descrierea efectelor gravitaționale ale materiei asupra spațiului-timp, Einstein a efectuat o investigație extrem de elegantă asupra influenței luminii asociate cu efectul foto-electric. Înainte de Einstein, fizicienii credeau că capacitatea luminilor de a afecta materia se baza în principal pe „intensitate”. Dar efectul foto-electric a arătat că și electronii au efectuat lumina pe baza frecvenței. Astfel, lumina roșie - indiferent de intensitate - nu reușește să deblocheze electroni în metale, în timp ce chiar și niveluri foarte mici de lumină violetă stimulează curenții electrici măsurabili. În mod clar, viteza cu care vibrează lumina are o putere proprie.
Ancheta lui Einstein privind efectul foto-electric a contribuit puternic la ceea ce ulterior a devenit cunoscut sub numele de mecanică cuantică. Pentru fizicieni au aflat curând că atomii sunt selectivi în ceea ce privește frecvențele de lumină pe care le vor absorbi. Între timp s-a descoperit, de asemenea, că electronii au fost cheia tuturor absorbției cuantice - o cheie legată de proprietăți, cum ar fi relațiile unui electron cu ceilalți și cu nucleul atomului.
Așadar, acum ajungem la al doilea nostru punct: Absorbția selectivă și emisia fotonilor de către electroni nu explică răspândirea continuă a frecvențelor văzute la examinarea luminii prin instrumentele noastre-3.
Ce poate explica atunci?
Un singur răspuns: principiul „coborâre” asociat cu refracția și absorbția luminii.
Sticla obișnuită - cum ar fi în ferestrele caselor noastre - este transparentă la lumina vizibilă. Totuși, sticla reflectă cea mai mare lumină infraroșie și absoarbe ultraviolete. Când lumina vizibilă intră într-o cameră, aceasta este absorbită de mobilier, covoare etc. Aceste elemente transformă o parte din lumină în căldură sau radiații infraroșii. Această radiație infraroșie este prinsă de geam și camera se încălzește. Între timp, sticla în sine este opacă la ultraviolete. Lumina emisă de Soare în ultraviolete este absorbită în mare parte de atmosferă - dar unele ultraviolete neionizante reușesc să treacă. Lumina ultravioletă este transformată în căldură prin sticlă, în același mod mobilierul absoarbe și readuce lumina vizibilă.
Cum se leagă toate acestea cu prezența luminii vizibile în Univers?
În interiorul Soarelui, fotoni cu energie mare (lumină invizibilă din perimetrul nucleului solar) iradiază mantaua solară de sub fotosferă. Mantaua transformă aceste raze în „căldură” prin absorbție - dar această „căldură” specială are o frecvență mult peste capacitatea noastră de a vedea. Mantaua stabilește apoi curenți convectivi care transportă căldură spre exterior în fotosferă, emițând totodată fotoni mai puțin energizați - dar încă invizibili -. „Căldura” și „lumina” rezultată trec la fotosfera solară. În fotosferă („sfera luminii vizibile”) atomii sunt „încălziți” prin convecție și stimulați prin refracție pentru a vibra într-un ritm suficient de lent pentru a da lumină vizibilă. Și acest principiu este cel care explică lumina vizibilă emisă de stele, care este - de departe - cea mai semnificativă sursă de lumină văzută în întregul cosmos.
Deci, dintr-o anumită perspectivă, putem spune că „indicele de refracție” al fotosferei Soarelui este mijlocul prin care lumina invizibilă este transformată în lumină vizibilă. În acest caz, însă, invocăm ideea că indicele de refracție al fotosferei este atât de mare încât razele cu energie mare sunt îndoite până la punctul de absorbție. Când aceasta se produce unde de frecvență mai mică sunt generate de radiații ca o formă de căldură perceptibilă pentru ochi și nu pur și simplu cald la atingere ...
Și cu toată această înțelegere sub picioarele noastre intelectuale, putem răspunde acum la întrebarea noastră: Lumina pe care o vedem astăzi este lumina primordială a creației. Dar este ușor care s-a materializat câteva sute de mii de ani după Big Bang. Mai târziu, acea lumină materializată s-a reunit sub influența gravitației ca mari orbe condensate. Aceste orburi au dezvoltat apoi cuptoare puternice alchimice care materializează materia în lumină invizibil. Mai târziu - prin refracție și absorbție - lumina invizibilă a fost vizibilă ochiului prin ritul de trecere prin acele mari „lentile de luminozitate” pe care le numim stelele…
-1Cum toate lucrurile au transpirat în detaliu cosmologic este probabil cea mai importantă zonă a cercetării astronomice de astăzi și îi vor lua pe fizicieni - cu „atomii lor”, astronomii - cu telescoapele, matematicienii - cu super-calculatoarele lor (și creioanele!) și cosmologii - cu înțelegerea lor subtilă a primilor ani ai universului - să încurce totul.
-2
Într-un anumit sens, poate pur și simplu fi o denaturare a continuumului spațiu-timp - dar suntem departe de a înțelege acel continuum în toate proprietățile și comportamentele sale.
-3Soarele și toate sursele luminoase de lumină prezintă absorbție întunecată și benzi de emisie luminoase cu frecvențe foarte înguste. Acestea sunt desigur diferitele linii Fraunhofer legate de proprietățile mecanice cuantice asociate cu stările de tranziție ale electronilor asociați cu atomii și moleculele specifice.
Despre autor:Inspirat de capodopera de la începutul anului 1900: „Cerul prin trei, patru și cinci inci telescoape”, Jeff Barbour a început la astronomie și știința spațială la vârsta de șapte ani. În prezent, Jeff își dedică mare parte din timp pentru a observa cerurile și pentru a menține site-ul Astro.Geekjoy.
