Tidak lama dahulu (13.7 bilion tahun oleh beberapa akaun) peristiwa kosmologi yang agak ketara berlaku. Sudah tentu kita bercakap mengenai Big Bang. Ahli kosmologi memberitahu bahawa pada satu masa tidak ada alam semesta seperti yang kita ketahui. Apa sahaja yang wujud sebelum masa itu adalah batal dan tidak sah - di luar semua konsepsi. Kenapa? Ada beberapa jawapan untuk soalan itu - yang jawapan falsafah misalnya: Kerana sebelum alam semesta terbentuk, tidak ada yang dapat dibayangkan, dengan, atau bahkan tentang. Tetapi ada juga jawapan saintifik dan jawapannya ada pada ini: Sebelum Big Bang tidak ada kontinum ruang-masa - yang medium tidak material melalui mana semua benda dan tenaga bergerak.
Sebaik sahaja kontinum ruang-waktu muncul, salah satu hal yang paling menggerunkan adalah unit-unit ahli fizik cahaya memanggil "foton". Pengertian ilmiah mengenai foton bermula dengan fakta bahawa zarah-zarah tenaga asas ini memperlihatkan dua tingkah laku yang nampaknya bertentangan: Satu tingkah laku mempunyai kaitan dengan bagaimana mereka bertindak sebagai anggota kumpulan (di muka gelombang) dan yang lain berkaitan dengan bagaimana mereka bertindak secara terpisah (sebagai zarah diskrit). Foton individu boleh dianggap sebagai sebungkus gelombang yang menyekat gabus dengan cepat melalui ruang angkasa. Setiap paket adalah ayunan di sepanjang dua paksi daya tegak lurus - elektrik dan magnet. Kerana cahaya adalah ayunan, zarah gelombang saling berinteraksi. Salah satu cara untuk memahami dua sifat cahaya adalah dengan menyedari bahawa gelombang demi gelombang foton mempengaruhi teleskop kita - tetapi foton individu diserap oleh neuron di mata kita.
Foton pertama yang bergerak melalui kontinum ruang-waktu sangat kuat. Sebagai kumpulan, mereka sangat kuat. Sebagai individu, masing-masing bergetar dengan kadar yang luar biasa. Cahaya foton purba ini dengan cepat menerangi had alam semesta muda yang berkembang pesat. Cahaya ada di mana-mana - tetapi perkara masih belum dapat dilihat.
Semasa alam semesta berkembang, cahaya primordial hilang dalam frekuensi dan intensiti. Ini berlaku kerana foton asal menyebarkan diri mereka lebih nipis dan lebih nipis di ruang yang sentiasa berkembang. Hari ini, cahaya penciptaan pertama masih bergema di sekitar kosmos. Ini dilihat sebagai sinaran latar belakang kosmik. Sinaran jenis itu tidak lagi dapat dilihat oleh mata kerana gelombang di dalam ketuhar gelombang mikro.
Cahaya primordial BUKAN sinaran yang kita lihat hari ini. Sinaran primordial telah beralih merah ke hujung spektrum elektromagnetik yang sangat rendah. Ini berlaku ketika alam semesta berkembang dari apa yang pada awalnya tidak lebih besar daripada satu atom hingga ke titik di mana instrumen terhebat kita belum menemui batasan apa pun. Mengetahui bahawa cahaya primordial sekarang sangat kabur menjadikannya perlu mencari di tempat lain untuk mengetahui jenis cahaya yang dapat dilihat oleh mata kita dan teleskop optik.
Bintang (seperti Matahari kita) wujud kerana ruang-waktu lebih banyak daripada sekadar memancarkan cahaya sebagai gelombang. Entah bagaimana - masih belum dapat dijelaskan-1 - ruang-masa menyebabkan perkara juga. Dan satu perkara yang membezakan cahaya dari jirim adalah bahawa jirim mempunyai "jisim" sementara cahaya tidak ada.
Kerana jisim, jirim memaparkan dua sifat utama: Inersia dan graviti. Inersia boleh dianggap sebagai daya tahan untuk berubah. Pada dasarnya perkara adalah "malas" dan terus melakukan apa sahaja yang dilakukannya - kecuali jika bertindak terhadap sesuatu di luar dirinya. Pada awal pembentukan alam semesta, perkara utama mengatasi kemalasan perkara adalah ringan. Di bawah pengaruh tekanan radiasi, bahan primordial (kebanyakannya gas hidrogen) "teratur".
Berikutan dorongan cahaya, sesuatu yang menjadi bahan diambil alih - tingkah laku halus yang kita panggil "graviti". Gravitasi telah digambarkan sebagai "penyelewengan kontinum ruang-waktu". Penyimpangan tersebut berlaku di mana sahaja jisim dijumpai. Kerana jirim mempunyai jisim, keluk ruang. Keluk inilah yang menyebabkan jirim dan cahaya bergerak dengan cara yang dijelaskan pada awal abad kedua puluh oleh Albert Einstein. Setiap atom kecil jirim menyebabkan "distorsi mikro" kecil dalam ruang-waktu-2. Dan apabila penyimpangan mikro mencukupi, perkara boleh berlaku secara besar-besaran.
Dan apa yang berlaku adalah pembentukan bintang pertama. Tidak ada bintang biasa ini - tetapi gergasi super besar yang menjalani kehidupan yang sangat pantas dan mencapai akhir yang sangat hebat. Pada hujungnya, bintang-bintang ini jatuh pada diri mereka sendiri (di bawah berat semua jisim itu) menghasilkan gelombang kejutan yang sangat kuat sehingga dapat menyatukan unsur-unsur baru daripada yang lebih tua. Akibatnya, ruang-waktu menjadi penuh dengan banyak jenis materi (atom) yang membentuk Space Magazine.
Hari ini, ada dua jenis bahan atom: Primordial dan sesuatu yang mungkin kita panggil "star-stuff". Sama ada asal usul atau bintang, bahan atom membentuk semua perkara yang disentuh dan dilihat. Atom mempunyai sifat dan tingkah laku: Inersia, graviti, peluasan ruang dan ketumpatan. Mereka juga boleh mempunyai muatan elektrik (jika terionisasi) dan mengambil bahagian dalam tindak balas kimia (untuk membentuk molekul kecanggihan dan kerumitan yang luar biasa). Semua perkara yang kita lihat adalah berdasarkan pada corak asas yang telah lama wujud oleh atom-atom purba yang secara misterius diciptakan selepas Big Bang. Corak ini didasarkan pada dua unit asas cas elektrik: Proton dan elektron - masing-masing mempunyai jisim dan mampu melakukan perkara-perkara tersebut jisim bertanggungjawab.
Tetapi tidak semua perkara mengikuti prototaip hidrogen dengan tepat. Satu perbezaannya ialah atom generasi baru mempunyai neutron seimbang elektrik dan proton bermuatan positif dalam inti mereka. Tetapi orang yang tidak dikenali adalah sejenis benda (benda gelap) yang sama sekali tidak berinteraksi dengan cahaya. Dan lebih jauh lagi (hanya untuk menjaga simetri), mungkin ada sejenis tenaga (tenaga vakum) yang tidak berbentuk foton - bertindak lebih seperti "tekanan lembut" menyebabkan alam semesta mengembang dengan momentum yang tidak dibekalkan secara oriental oleh Big-Bang.
Tetapi mari kita kembali kepada perkara yang dapat kita lihat ...
Berkaitan dengan cahaya, jirim boleh menjadi legap atau telus - ia dapat menyerap atau membiaskan cahaya. Cahaya boleh masuk ke dalam jirim, melalui jirim, memantulkan jirim, atau diserap oleh jirim. Apabila cahaya masuk ke dalam jirim, cahaya menjadi perlahan - sementara frekuensi meningkat. Apabila cahaya memantulkan, jalan yang diambilnya berubah. Apabila cahaya diserap, elektron dirangsang berpotensi menyebabkan kombinasi molekul baru. Tetapi lebih ketara lagi, apabila cahaya melewati jirim - walaupun tanpa penyerapan - atom dan molekul menggetarkan kontinum ruang-masa dan kerana ini, cahaya dapat diturunkan secara frekuensi. Kita lihat, kerana sesuatu yang disebut "cahaya" berinteraksi dengan sesuatu yang disebut "jirim" dalam sesuatu yang disebut "kontinum ruang-waktu".
Selain menjelaskan kesan graviti jirim pada ruang-waktu, Einstein melakukan penyelidikan yang sangat elegan mengenai pengaruh cahaya yang berkaitan dengan kesan foto-elektrik. Sebelum Einstein, ahli fizik percaya bahawa keupayaan lampu untuk mempengaruhi bahan didasarkan terutamanya pada "intensiti". Tetapi kesan foto-elektrik menunjukkan bahawa elektron mempengaruhi cahaya berdasarkan frekuensi juga. Oleh itu, cahaya merah - tanpa mengira intensiti - gagal melepaskan elektron dalam logam, sementara tahap cahaya ungu yang sangat rendah merangsang arus elektrik yang dapat diukur. Jelas kadar getaran cahaya mempunyai kekuatannya sendiri.
Penyiasatan Einstein mengenai kesan foto-elektrik menyumbang kepada apa yang kemudian dikenali sebagai mekanik kuantum. Untuk ahli fizik segera mengetahui bahawa atom selektif mengenai frekuensi cahaya yang akan mereka serap. Sementara itu juga didapati bahawa elektron adalah kunci untuk semua penyerapan kuantum - kunci yang berkaitan dengan sifat seperti hubungan satu elektron dengan yang lain dan dengan inti atom.
Jadi sekarang kita sampai pada titik kedua: Penyerapan selektif dan pelepasan foton oleh elektron tidak menjelaskan penyebaran frekuensi berterusan yang dilihat semasa memeriksa cahaya melalui instrumen kami-3.
Apa yang dapat menjelaskannya?
Satu jawapan: Prinsip "step-down" yang berkaitan dengan pembiasan dan penyerapan cahaya.
Kaca biasa - seperti di tingkap rumah kita - telus kepada cahaya yang dapat dilihat. Kaca bagaimanapun memantulkan kebanyakan cahaya inframerah dan menyerap ultraviolet. Apabila cahaya yang kelihatan memasuki bilik, ia diserap oleh perabot, karpet dan lain-lain. Barang-barang ini mengubah sebahagian cahaya menjadi panas - atau radiasi inframerah. Sinaran inframerah ini terperangkap oleh kaca dan bilik menjadi panas. Sementara kaca itu sendiri legap hingga ultraviolet. Cahaya yang dipancarkan oleh Matahari pada ultraviolet kebanyakannya diserap oleh atmosfera - tetapi beberapa ultraviolet yang tidak mengion berjaya menembus. Cahaya ultraviolet diubah menjadi panas oleh kaca dengan cara yang sama perabot menyerap dan memancarkan kembali cahaya yang dapat dilihat.
Bagaimana semua ini berkaitan dengan kehadiran cahaya yang dapat dilihat di Alam Semesta?
Di dalam Matahari, foton bertenaga tinggi (cahaya yang tidak dapat dilihat dari perimeter teras suria) memancarkan sinar matahari di bawah fotosfera. Mantel menukar sinar ini menjadi "panas" dengan penyerapan - tetapi "haba" khusus ini adalah frekuensi yang jauh melebihi kemampuan kita untuk melihat. Mantel kemudian mengatur arus perolakan yang membawa haba ke arah luar ke arah fotosfera dan juga memancarkan foton yang kurang bertenaga - tetapi masih tidak dapat dilihat -. "Panas" dan "cahaya" yang dihasilkan mengalir ke fotosfera solar. Dalam fotosfer (atom sfera cahaya terlihat) atom "dipanaskan" oleh perolakan dan dirangsang melalui pembiasan untuk bergetar pada kecepatan yang cukup lambat untuk mengeluarkan cahaya yang terlihat. Dan prinsip inilah yang menerangkan cahaya yang dapat dilihat yang dipancarkan oleh bintang-bintang yang - sejauh ini - merupakan sumber cahaya yang paling ketara yang dilihat di seluruh kosmos.
Oleh itu - dari perspektif tertentu, kita dapat mengatakan bahawa "indeks biasan" dari fotosfera Matahari adalah kaedah di mana cahaya yang tidak kelihatan diubah menjadi cahaya yang dapat dilihat. Dalam kes ini, kami mengemukakan idea bahawa indeks biasan fotosfera sangat tinggi sehingga sinar tenaga tinggi dibengkokkan ke titik penyerapan. Apabila ini berlaku gelombang frekuensi yang lebih rendah dipancarkan memancar sebagai bentuk haba yang dapat dilihat oleh mata dan tidak hanya disentuh ...
Dan dengan semua pemahaman ini di bawah kaki intelektual kita, kita sekarang dapat menjawab pertanyaan kita: Cahaya yang kita lihat hari ini adalah cahaya penciptaan primordial. Tetapi cahaya yang terwujud beberapa ratus ribu tahun selepas Big Bang. Kemudian cahaya terwujud berkumpul di bawah pengaruh graviti sebagai bola pekat yang besar. Bola-bola ini kemudian menghasilkan tungku alkimia yang kuat yang menghilangkan bahan menjadi cahaya tidak kelihatan. Kemudian - melalui pembiasan dan penyerapan - cahaya yang tidak dapat dilihat dapat dilihat oleh mata melalui upacara melewati "lensa cahaya" yang hebat yang kita sebut bintang ...
-1Bagaimana semua perkara kosmologi berlaku secara terperinci mungkin merupakan bidang utama penyelidikan astronomi hari ini dan akan mengambil ahli fizik - dengan "penghancur atom" mereka, ahli astronomi - dengan teleskop mereka, ahli matematik - dengan komputer super mereka (dan pensil!) dan ahli kosmologi - dengan pemahaman mereka yang halus mengenai tahun-tahun awal alam semesta - untuk meneka keseluruhan perkara.
-2
Dari segi akal, perkara itu mungkin menjadi penyelewengan kontinum ruang-masa - tetapi kita masih jauh dari memahami kontinum dalam semua sifat dan tingkah lakunya.
-3Matahari dan semua sumber cahaya yang terang menunjukkan penyerapan gelap dan jalur pancaran cahaya dengan frekuensi yang sangat sempit. Ini tentu saja, adalah pelbagai garis Fraunhofer yang berkaitan dengan sifat mekanik kuantum yang berkaitan dengan keadaan peralihan elektron yang berkaitan dengan atom dan molekul tertentu.
Mengenai Pengarang:Diilhamkan oleh karya agung awal tahun 1900: "Teleskop Langit Melalui Tiga, Empat, dan Lima Inci", Jeff Barbour memulai ilmu astronomi dan sains angkasa pada usia tujuh tahun. Pada masa ini Jeff meluangkan banyak waktunya untuk memerhatikan langit dan mengekalkan laman web Astro.Geekjoy.
