Oldukça uzun bir süre önce (bazı hesaplar tarafından 13.7 milyar yıl) oldukça önemli bir kozmolojik olay meydana geldi. Elbette Big Bang'den bahsediyoruz. Kozmologlar bize bir zamanlar bildiğimiz gibi evren olmadığını söylüyorlar. O zamandan önce var olan her şey null ve geçersizdi - tüm kavrayışın ötesinde. Neden? Bu sorunun birkaç cevabı var - felsefi cevap Örneğin: Çünkü evren oluşmadan önce, üzerinde düşünülecek, hatta düşünülecek hiçbir şey yoktu. Ama aynı zamanda bilimsel bir cevap var ve bu cevap şudur: Büyük Patlamadan önce uzay-zaman sürekliliği - önemsiz ortam enerji ve maddenin her şeyin içinde hareket ettiği
Uzay-zaman sürekliliği bir kez ortaya çıktığında, oluşacak şeylerin en hareketli olanlarından biri, hafif fizikçilerin “foton” olarak adlandırdığı birimlerdi. Fotonların bilimsel nosyonu, bu temel enerji parçacıklarının görünüşte çelişkili iki davranış sergilemesi ile başlar: Bir davranış, bir grubun (dalga cephesinde) nasıl davrandıklarıyla ilgilidir ve diğeri, yalnız olarak nasıl davrandıklarıyla ilgilidir (ayrık parçacıklar olarak). Bireysel bir foton, uzayda hızla vidalanan bir dalga paketi olarak düşünülebilir. Her paket, elektrik ve manyetik olmak üzere iki dikey kuvvet ekseni boyunca bir salınımdır. Işık bir salınım olduğu için dalga parçacıkları birbirleriyle etkileşir. Işığın ikili doğasını anlamanın bir yolu, foton dalgasından sonra dalganın teleskoplarımızı etkilediğini fark etmektir - ancak bireysel fotonlar gözlerimizdeki nöronlar tarafından emilir.
Uzay-zaman sürekliliğinden geçen ilk fotonlar son derece güçlüydü. Grup olarak inanılmaz derecede yoğundu. Bireyler olarak, her biri olağanüstü bir hızda titredi. Bu ilkel fotonların ışığı, genç evrenin hızla genişleyen sınırlarını hızla aydınlattı. Işık her yerdeydi - ama madde henüz görülmedi.
Evren genişledikçe, ilkel ışık hem frekans hem de yoğunlukta kayboldu. Bu, orijinal fotonlar kendilerini sürekli genişleyen bir alana daha ince ve daha ince yayarken meydana geldi. Bugün, yaratılışın ilk ışığı hala evrenin etrafında yankılanıyor. Bu kozmik arka plan radyasyonu olarak görülür. Ve bu belirli radyasyon, mikrodalga fırın içindeki dalgalar olarak gözle görülemez.
İlk ışık bugün gördüğümüz radyasyon DEĞİLDİR. Primordial radyasyon, elektromanyetik spektrumun çok düşük ucuna kırmızıya kaymıştır. Bu, evren, başlangıçta tek bir atomdan daha büyük olmayan bir şeyden, en büyük enstrümanlarımızın henüz herhangi bir sınır bulamadığı noktaya kadar genişledi. Primordial ışığın şimdi bu kadar titiz olduğunu bilmek, gözlerimiz ve optik teleskoplarımız tarafından görülebilen ışık türünü hesaba katmak için başka bir yere bakmayı gerekli kılar.
Yıldızlar (Güneşimiz gibi) vardır çünkü uzay-zaman ışığı ışığı dalgalar olarak iletmekten daha fazlasını yapar. Her nasılsa - hala açıklanmıyor-1 - uzay-zaman da maddeye neden olur. Ve ışığı maddeden ayıran bir şey, maddenin “kütlesi” olduğu, ancak ışığın hiç olmadığıdır.
Kütle nedeniyle madde iki ana özellik gösterir: Atalet ve yerçekimi. Atalet değişime direnç olarak düşünülebilir. Temelde madde “tembel” dir ve kendisi dışında bir şey yapmazsa ne yapıyorsa onu yapmaya devam eder. Evrenin oluşumunun başlarında, maddenin tembelliğinin üstesinden gelen ana şey hafifti. Radyasyon basıncının etkisi altında primordial madde (çoğunlukla hidrojen gazı) “örgütlendi”.
Işığın üremesini takiben, maddenin içindeki bir şey devraldı - “yerçekimi” dediğimiz ince davranış. Yerçekimi “uzay-zaman sürekliliğinin bozulması” olarak tanımlanmıştır. Bu çarpıklıklar, kütlenin bulunduğu her yerde meydana gelir. Çünkü maddenin kütlesi, uzay eğrileri vardır. Madde ve ışığın yirminci yüzyılın başlarında Albert Einstein tarafından açıklandığı şekilde hareket etmesine neden olan bu eğridir. Maddenin her küçük atomu uzay-zamanda küçük bir “mikro-bozulmaya” neden olur-2. Yeterli mikro çarpıklık bir araya geldiğinde işler büyük bir şekilde olabilir.
Ve olan ilk yıldızların oluşumuydu. Sıradan yıldızlar yok - ama çok hızlı hayatlar yaşayan ve çok, çok muhteşem amaçlara ulaşan süper büyük devler. Bu uçlarda, bu yıldızlar kendi üzerlerine çöktüler (tüm bu kütlenin ağırlığı altında), eskilerinden tamamen yeni elementleri kaynaştırmak gibi yoğunluğa sahip muazzam şok dalgaları ürettiler. Sonuç olarak, Uzay Dergisi'ni uzay dergisini oluşturan birçok madde (atom) ile boğuldu.
Bugün, iki tür atomik madde var: Primordial ve “star-stuff” diyebileceğimiz bir şey. İster ilkel ister yıldız olsun, atomik madde dokunulan ve görülen her şeyi oluşturur. Atomların özellikleri ve davranışları vardır: Atalet, yerçekimi, uzayda uzama ve yoğunluk. Ayrıca elektriksel yüke sahip olabilirler (iyonize edilmişlerse) ve kimyasal reaksiyonlara katılabilirler (muazzam karmaşıklık ve karmaşıklık molekülleri oluşturmak için). Gördüğümüz her şey, Büyük Patlama'dan sonra gizemli bir şekilde yaratılan ilkel atomlar tarafından uzun zaman önce kurulan temel bir desene dayanıyor. Bu örüntü iki temel elektrik yükü birimi üzerine kuruludur: Proton ve elektron - her biri kütleye sahip ve bu kütleleri yapabilen bir şeydir.
Ancak tüm maddeler hidrojen prototipini tam olarak takip etmez. Bir fark, yeni nesil atomların elektriksel olarak dengelenmiş nötronlara ve ayrıca çekirdeklerinde pozitif yüklü protonlara sahip olmasıdır. Ancak yabancı bile ışıkla hiç etkileşmeyen bir tür maddedir (karanlık madde). Ve ayrıca (sadece şeyleri simetrik tutmak için), fotonlar biçimini almayan bir tür enerji (vakum enerjisi) olabilir - daha çok “yumuşak bir baskı” gibi davranarak evrenin orijinal olarak tedarik edilmeyen bir momentumla genişlemesine neden olur Big-Bang tarafından.
Ama görebildiğimiz şeylere geri dönelim ...
Işıkla ilişkili olarak madde opak veya şeffaf olabilir - ışığı emebilir veya kırabilir. Işık maddeye, madde yoluyla geçebilir, maddeyi yansıtabilir veya madde tarafından emilebilir. Işık maddeye geçtiğinde, ışık yavaşlar - frekansı artar. Işık yansıdığında, izlediği yol değişir. Işık emildiğinde, elektronlar potansiyel olarak yeni moleküler kombinasyonlara yol açar. Ama daha da önemlisi, Işık maddeden - emilim olmadan bile - geçtiğinde atomlar ve moleküller uzay-zaman sürekliliğini titreştirir ve bu nedenle ışık frekansta azaltılabilir. Görüyoruz, çünkü “ışık” denilen bir şey “uzay-zaman sürekliliği” denilen bir şeyde “madde” denilen bir şeyle etkileşime girer.
Einstein, uzay-zaman üzerindeki maddenin yerçekimi etkilerini açıklamanın yanı sıra, foto-elektrik etkisi ile ilişkili ışığın etkisi konusunda son derece zarif bir araştırma yaptı. Einstein'dan önce fizikçiler ışıkların maddeyi etkileme kapasitesinin öncelikle “yoğunluğa” dayandığına inanıyordu. Ancak foto-elektrik etkisi ışığın elektronları frekans temelinde de etkilediğini gösterdi. Böylece, kırmızı ışık - yoğunluğa bakılmaksızın - metallerdeki elektronları yerinden oynatmazken, çok düşük mor ışık seviyeleri bile ölçülebilir elektrik akımlarını uyarır. Açıkça ışığın titreşim hızının kendi başına bir gücü vardır.
Einstein’ın foto-elektrik etkisi konusundaki araştırması, daha sonra kuantum mekaniği olarak bilinen şeye büyük katkıda bulundu. Fizikçiler yakında atomların hangi ışık frekanslarını emecekleri konusunda seçici olduklarını öğrendiler. Bu arada elektronların tüm kuantum absorpsiyonunun anahtarı olduğu keşfedildi - bir elektronun diğerleriyle ilişkisi ve atomun çekirdeği gibi özelliklerle ilgili bir anahtar.
Şimdi ikinci noktaya geliyoruz: Fotonların elektronlar tarafından seçici emilimi ve emisyonu ışığı enstrümanlarımız aracılığıyla incelerken görülen frekansların sürekli yayılmasını açıklamaz-3.
O zaman ne açıklayabilir?
Bir cevap: ile ilgili “istifa” ilkesi ışığın kırılması ve soğurulması.
Ortak cam - evlerimizin pencerelerinde olduğu gibi - görünür ışığa karşı şeffaftır. Ancak cam çoğu kızılötesi ışığı yansıtır ve ultraviyole emer. Görünür ışık bir odaya girdiğinde mobilya, kilim vb. Tarafından emilir. Bu öğeler ışığın bir kısmını ısıya veya kızılötesi radyasyona dönüştürür. Bu kızılötesi radyasyon cam tarafından hapsolur ve oda ısınır. Bu arada camın kendisi ultraviyole opaktır. Ultraviyole içinde Güneş tarafından yayılan ışık çoğunlukla atmosfer tarafından emilir - ancak iyonlaştırıcı olmayan bazı ultraviyole geçmeyi başarır. Ultraviyole ışık aynı şekilde mobilyalar görünür ışığı emer ve yayar.
Bütün bunlar Evren'de görünür ışığın varlığıyla nasıl ilişkilidir?
Güneş içinde, yüksek enerjili fotonlar (güneş çekirdeğinin çevresinden görünmez ışık) fotoferin altındaki güneş mantosunu ışınlar. Manto bu ışınları soğurma yoluyla “ısıya” dönüştürür - fakat bu “ısı” görme kapasitemizin çok ötesinde bir frekanstadır. Daha sonra manto, daha az enerjili - ama yine de görünmez - fotonlar yayarken, fotosferden dışarıya ısı taşıyan konvektif akımlar kurar. Ortaya çıkan “ısı” ve “ışık” güneş fotosferine geçer. Fotosferde (“görünür ışık küresi”) atomlar konveksiyon ile “ısıtılır” ve görünür ışık verecek kadar yavaş bir hızda titreşmek üzere kırılma yoluyla uyarılır. Ve bu prensip, yıldızların yaydığı görünür ışık ışığını açıklamaktadır - ki bu, evrende görülen en önemli ışık kaynağıdır.
Yani - belirli bir perspektiften, Güneş’in fotoferinin “kırılma indisi” nin görünmez ışığın görünür ışığa dönüştürülmesinin aracı olduğunu söyleyebiliriz. Bununla birlikte, bu durumda, fotoferin kırılma indisinin o kadar yüksek olduğu fikrini ileri sürüyoruz ki, yüksek enerji ışınları emilim noktasına eğiliyor. Bu gerçekleştiğinde, düşük frekanslı dalgalar, gözle temas edebilen ve sadece dokunmaya sıcak olmayan bir ısı şekli olarak yayılır.
Entelektüel ayaklarımızın altındaki tüm bu anlayışla, şimdi şu soruyu cevaplayabiliriz: Bugün gördüğümüz ışık dır-dir yaratılışın ilkel ışığı. Ama Büyük Patlama'dan birkaç yüz binlerce yıl sonra gerçekleşen ışık. Daha sonra bu gerçekleşen ışık yerçekimi etkisi altında yoğunlaşmış küreler olarak bir araya geldi. Bu küreler daha sonra maddeyi ışığa deforme eden güçlü simya fırınları geliştirdi görünmez. Daha sonra - kırılma ve soğurma yoluyla - yıldızlar görünmediğimiz bu büyük “parlaklık merceklerinden” geçiş ayini ile gözle görünmez hale getirildi…
-1Kozmolojik olarak her şeyin ayrıntılı olarak nasıl aktarıldığı bugün muhtemelen astronomik araştırmanın ana alanıdır ve fizikçileri - “atom parçalayıcılarıyla”, astronomlarla - teleskoplarıyla, matematikçilerle - sayıları kıran süper bilgisayarlarıyla (ve kalemleriyle!) ve kozmologlar - evrenin ilk yıllarındaki ince anlayışları ile - her şeyi çözmek için.
-2
Bir anlamda madde basitçe olmak uzay-zaman sürekliliğinin bozulması - ama biz bu sürekliliği tüm özellikleri ve davranışlarında anlamaktan çok uzaktayız.
-3Güneş ve tüm parlak ışık kaynakları, karanlık emilim ve çok dar frekanslarda parlak emisyon bantları sergiler. Bunlar elbette, belirli atomlar ve moleküller ile ilişkili elektronların geçiş durumları ile ilişkili kuantum mekanik özellikleri ile ilgili çeşitli Fraunhofer çizgileridir.
Yazar hakkında:1900'lerin başındaki başyapıttan esinlenilen “Üç, Dört ve Beş İnç Teleskoplarla Gökyüzü” nden Jeff Barbour, yedi yaşında astronomi ve uzay bilimlerine başladı. Şu anda Jeff zamanının çoğunu gökleri gözlemlemeye ve Astro.Geekjoy web sitesini sürdürmeye ayırıyor.
