לא עבר זמן רב (13.7 מיליארד שנה לפי כמה חשבונות) שהתרחש אירוע קוסמולוגי די משמעותי. אנחנו מדברים כמובן על המפץ הגדול. קוסמולוגים אומרים לנו שבזמן מסוים לא היה יקום כפי שאנחנו מכירים אותו. כל מה שהיה קיים לפני אותה תקופה היה בטל ומבוטל - מעבר לכל תפיסה. למה? ובכן יש כמה תשובות לשאלה זו - תשובה פילוסופית למשל: מכיוון שלפני שהיקום התגבש לא היה שום דבר להעלות על הדעת, עם או אפילו בערך. אבל יש גם תשובה מדעית והתשובה הזו מסתכמת בזה: לפני המפץ הגדול לא היה רצף מרחב-זמן - ה בינוני לא מהותי דרכם כל הדברים האנרגיה והחומר נעים.
ברגע שהרצף במרחב-זמן צץ לקיום, אחד הדברים המרגשים ביותר ללבוש צורה היו היחידות של פיסיקאים אור המכנים "פוטונים". הרעיון המדעי של פוטונים מתחיל בכך שחלקיקי אנרגיה אלמנטריים אלה מציגים שתי התנהגויות סותרות לכאורה: התנהגות אחת קשורה לאופן שבו הם מתנהגים כחברים בקבוצה (בפרזול) והשני מתייחס לאופן שהם מתנהגים בבידוד (כחלקיקים נפרדים). ניתן לחשוב על פוטון אינדיבידואלי כחבילת גלים שגורמים פקק במהירות בחלל. כל מנות הן תנודה לאורך שני צירי כוח בניצב - החשמלי והמגנטי. מכיוון שאור הוא תנודה, חלקיקי הגל מתקשרים זה עם זה. אחת הדרכים להבנת טבעו הכפול של האור היא להבין שגל אחר גל של פוטונים משפיעים על הטלסקופים שלנו - אך פוטונים בודדים נקלטים על ידי הנוירונים בעינינו.
הפוטונים הראשונים מאוד שנסעו ברצף הזמן-חלל היו עוצמתיים ביותר. כקבוצה הם היו אינטנסיביים להפליא. כיחידים, כל אחד רטט בקצב יוצא דופן. האור של הפוטונים הקדמוניים הללו האיר במהירות את גבולות היקום הצעיר המתרחב במהירות. אור היה בכל מקום - אך טרם נראה החומר.
עם התרחבות היקום, האור הקדמוני אבד הן בתדר והן בעוצמה. זה התרחש כאשר הפוטונים המקוריים התפשטו עצמם דקים יותר ורזים יותר על חלל שהולך ומתרחב. כיום אור הבריאה הראשון מהדהד סביב הקוסמוס. זה נתפס כקרינת רקע קוסמית. והקרינה מהסוג הספציפי לא נראית יותר לעין כמו הגלים בתנור מיקרוגל.
האור הקדמון אינו הקרינה שאנו רואים כיום. הקרינה הקדומה עברה אדום לקצה הנמוך מאוד של הספקטרום האלקטרומגנטי. זה התרחש כאשר היקום התפשט ממה שאולי במקור לא היה גדול יותר מאטום בודד עד לנקודה בה המכשירים הגדולים ביותר שלנו טרם מצאו גבול כלשהו. הידיעה שאור קדמוני הוא כה כה מביך, מחייבת לחפש במקום אחר כדי להסביר את סוג האור הנראה לעינינו ולטלסקופים אופטיים.
כוכבים (כמו השמש שלנו) קיימים מכיוון שהחלל-זמן יותר מאשר פשוט מעביר אור כגלים. איכשהו - עדיין לא מוסבר-1 - גם מרחב-זמן גורם לחומר. ודבר אחד המבדיל בין אור לחומר הוא שלחומר יש "מסה" ואילו אין לאור.
בגלל המסה, החומר מציג שני תכונות עיקריות: אינרציה וכוח כוח. ניתן לחשוב על האינרציה כהתנגדות לשינוי. בעיקרון החומר הוא "עצלן" ופשוט ממשיך לעשות כל מה שהוא עשה - אלא אם כן פעל לפי משהו מחוץ לעצמו. בשלב מוקדם של היווצרות היקום, הדבר העיקרי להתגברות על עצלות החומר היה קל. בהשפעת לחץ הקרינה, חומר ראשוני (בעיקר גז מימן) "התארגן".
בעקבות דחיפת האור השתלט משהו בפנים - אותה התנהגות עדינה שאנו מכנים "כוח משיכה". הכבידה תוארה כ"עיוות של הרצף במרחב-זמן ". עיוותים כאלה מתרחשים בכל מקום בו נמצאת המסה. מכיוון שלחומר יש מסה, חלל מתעקם. עקומה זו היא שגורמת לחומר ולאור לנוע בדרכים שהודחו בתחילת המאה העשרים על ידי אלברט איינשטיין. כל אטום של חומר קטן גורם ל"עיוות מיקרו "זעיר במרחב-זמן-2. וכשמספקים מספיק עיוותי מיקרו הדברים יכולים לקרות בגדול.
ומה שקרה היה היווצרות הכוכבים הראשונים. אין כוכבים רגילים כאלה - אבל ענקים סופר מאסיביים שחיים חייהם מהירים מאוד ומגיעים למטרות מאוד מאוד מרהיבות. בסופו של דבר הכוכבים הללו קרסו על עצמם (תחת משקל המסה ההיא) ויצרו גלי הלם אדירים בעוצמה כזו שמאחדים אלמנטים חדשים לחלוטין מבין אותם מבוגרים. כתוצאה מכך, החלל-זמן התמלא בכל סוגי החומרים הרבים (אטומים) המרכיבים את מגזין החלל.
כיום קיימים כעת שני סוגים של חומר אטומי: ראשוני ומשהו שאנו מכנים "חומר כוכבים". בין אם בראשיתית ובין אם במוצא כוכב, חומר אטומי מהווה את כל הדברים הנגועים והנראים. לאטומים יש תכונות והתנהגויות: אינרציה, כוח משיכה, הרחבה בחלל וצפיפות. הם יכולים גם להיות בעלי מטען חשמלי (אם מיוננים) ולהשתתף בתגובות כימיות (ליצירת מולקולות של תחכום ומורכבות אדירים). כל החומר שאנו רואים מבוסס על תבנית יסודית שהוקמה לפני זמן רב על ידי אותם אטומים קדמוניים שנוצרו באופן מסתורי לאחר המפץ הגדול. תבנית זו מושתתת על שתי יחידות בסיסיות של מטען חשמלי: הפרוטון והאלקטרון - שלכל אחד מהם מסה ומסוגלים לבצע את הדברים האלה שהמסה עלולה.
אך לא כל החומר עוקב בדיוק אחר אב הטיפוס של המימן. הבדל אחד הוא שלאטומים מהדור החדש יש נויטרונים בעלי איזון חשמלי כמו גם פרוטונים טעונים באופן חיובי בגרעינים שלהם. אבל זר אפילו יותר הוא סוג של חומר (חומר אפל) שאינו מתקשר כלל עם אור. יתר על כן (רק כדי לשמור על דברים סימטריים), יתכן שיש סוג של אנרגיה (אנרגיית ואקום) שאינה נראית כמו פוטונים - הפועלת יותר כמו "לחץ עדין" הגורם ליקום להתפשט במומנטום שלא סופק באופן מקורי מאת המפץ הגדול.
אבל נחזור לדברים שאנחנו יכולים לראות ...
ביחס לאור, חומר יכול להיות אטום או שקוף - הוא יכול לספוג או לשבור אור. האור יכול לעבור לחומר, דרך החומר, להשתקף מהחומר, או להיקלט בחומר. כאשר האור עובר לחומר, האור מאט - בעוד שתדירותו עולה. כאשר האור משתקף, הנתיב שהוא לוקח משתנה. כאשר האור נספג, האלקטרונים מגורים עלולים להוביל לשילובים מולקולריים חדשים. אבל אפילו יותר משמעותי, כאשר האור עובר בחומר - אפילו ללא ספיגה - אטומים ומולקולות רוטטים את הרצף במרחב-זמן ומסיבה זו ניתן להוריד את האור בתדירות. אנו רואים, מכיוון שמשהו המכונה "אור" מקיים אינטראקציה עם משהו שנקרא "חומר" במשהו המכונה "הרצף במרחב-זמן".
בנוסף לתיאור השפעות הכבידה של החומר על זמן-חלל, איינשטיין ביצע תחקיר אלגנטי ביותר לגבי השפעת האור הקשור לאפקט הפוטו-חשמלי. לפני איינשטיין, פיזיקאים האמינו כי יכולתם של אורות להשפיע על החומר התבססה בעיקר על "עוצמה". אך האפקט הפוטו-חשמלי הראה כי אור הוליד אלקטרונים גם על בסיס התדר. לפיכך, אור אדום - ללא קשר לעוצמה - אינו מצליח להתנתק מהאלקטרונים במתכות, בעוד שאפילו רמות נמוכות מאוד של אור סגול מעוררות זרמים חשמליים ניתנים למדידה. ברור שלקצב האור רוטט יש כוח משלו.
חקירתו של איינשטיין על האפקט הצילומי-חשמלי תרמה רבות למה שנודע לימים מכניקת הקוונטים. עבור פיזיקאים למדו עד מהרה כי האטומים בררניים לגבי תדרי האור שהם יספגו. בינתיים התגלה גם כי אלקטרונים הם המפתח לכל ספיגת הקוונטים - מפתח הקשור לתכונות כמו קשרים אלקטרונים אחד לאחרים ועם גרעין האטום.
אז עכשיו אנו מגיעים לנקודה השנייה שלנו: ספיגה ופליטה סלקטיבית של פוטונים על ידי אלקטרונים אינו מסביר את התפשטות הרציפות של התדרים שנראים בעת בחינת האור דרך המכשירים שלנו-3.
מה יכול להסביר זאת אז?
תשובה אחת: עיקרון ה"הפסקה "הקשורה ל שבירה וקליטת אור.
זכוכית נפוצה - כמו למשל בחלונות הבתים שלנו - שקופה לאור הנראה. זכוכית לעומת זאת משקפת את רוב האור האינפרא אדום וקולט אולטרה סגול. כאשר אור נראה לעין נכנס לחדר, הוא נקלט ברהיטים, בשטיחים וכו '. פריטים אלה ממירים חלק מהאור לחום - או קרינה אינפרא אדום. קרינת האינפרא אדום הזו נלכדת בזכוכית והחדר מתחמם. בינתיים הזכוכית עצמה אטומה לאולטרה סגולה. אור שנפלט על ידי השמש באולטרה סגול נספג ברובו באטמוספירה - אך חלק מהאולטרה סגול שאינו מיינן מצליח לעבור. אור אולטרה סגול מומר לחום על ידי זכוכית באותו אופן בו ריהוט סופג ומקרין מחדש אור גלוי.
איך כל זה קשור לנוכחות האור הנראה ביקום?
בתוך השמש, פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה (אור בלתי נראה מהיקף ליבת השמש) מקרינים את המעטפת הסולארית מתחת לפוטוספרה. המעטפת ממירה קרניים אלה ל"חום "על ידי ספיגה - אך" חום "ספציפי זה הוא בעל תדר הרבה מעבר ליכולת שלנו לראות. לאחר מכן, המעטפת מגדירה זרמים משכנעים הנושאים חום כלפי חוץ לכיוון הפוטוספרה, תוך שהיא פולטת גם פוטונים בעלי פחות אנרגיה - אך עדיין בלתי נראים. ה"חום "וה"אור" שנוצרו עוברים אל פוטוספרת השמש. בתמונת הפוטוספרה ("כדור האור הנראה") האטומים "מחוממים" על ידי הסעה ומעוררים באמצעות שבירה לרטוט בקצב איטי מספיק כדי להפיץ אור נראה. וזה העיקרון הזה שמסביר את האור הנראה הנפלט על ידי כוכבים שהם - ללא ספק - מקור האור המשמעותי ביותר שנראה ברחבי הקוסמוס.
אז - מנקודת מבט מסוימת, אנו יכולים לומר כי "אינדקס השבירה" של הפוטוספרה של השמש הוא האמצעי שבאמצעותו הופכים אור בלתי נראה לאור הנראה. אולם במקרה זה אנו קוראים לרעיון שמדד השבירה של הפוטוספרה הוא כה גבוה עד שקרני אנרגיה גבוהות כפופות עד כדי קליטה. כאשר זה מתרחש בתדרים נמוכים נוצרים גלים הקורנים כסוג של חום הניתן לעין ולא פשוט למגע ...
ועם כל ההבנה הזו מתחת לרגלינו האינטלקטואליות, אנו יכולים כעת לענות על שאלתנו: האור שאנו רואים כיום הוא האור הקדמוני של הבריאה. אבל זה קל שהתממש כמה מאות אלפי שנים אחרי המפץ הגדול. מאוחר יותר האור שהתממש התאגד תחת השפעת כוח הכובד ככדורים מרוכזים גדולים. לאחר מכן, כדורים אלה פיתחו תנורים אלכימיים רבי עוצמה המממשים חומר לאור בלתי נראה. מאוחר יותר - דרך שבירה וספיגה - אור בלתי נראה הוצג לעין על ידי טקס המעבר דרך "עדשות הזוהר" הגדולות שאנו מכנים את הכוכבים ...
-1איך כל הדברים שהקוסמולוגיה התרחשה בפירוט הוא ככל הנראה התחום העיקרי של המחקר האסטרונומי של ימינו וייקח פיזיקאים - עם "מפיצי האטום" שלהם, האסטרונומים - עם הטלסקופים, המתמטיקאים שלהם - עם מחשבי העל המספוררים שלהם (ועפרונות!). והקוסמולוגים - מתוך הבנתם העדינה של השנים הראשונות של היקום - להבהיר את כל העניין.
-2
במובן מסוים עניין יכול פשוט להיות עיוות של הרצף במרחב-זמן - אך אנו רחוקים מלהבין את הרצף בכל תכונותיו והתנהגויותיו.
-3השמש וכל מקורות האור הזוהרים אכן מציגים ספיגה כהה ופסקי פליטה בהירים בעלי תדרים צרים מאוד. אלה כמובן הקווים השונים של Fraunhofer הקשורים לתכונות מכניות קוונטיות הקשורות למצבי מעבר של אלקטרונים הקשורים לאטומים ומולקולות ספציפיות.
על הסופר:בהשראת יצירת המופת המוקדמת של המאה העשרים: "השמיים דרך טלסקופים של שלושה, ארבעה וחמישה אינץ '", ג'ף ברבור התחיל באסטרונומיה ומדעי החלל בגיל שבע. נכון לעכשיו ג'ף מקדיש חלק ניכר מזמנו להתבוננות בשמיים ולתחזוק האתר Astro.Geekjoy.
