لم يمض وقت طويل (13.7 مليار سنة حسب بعض الحسابات) حدث حدث كوني مهم إلى حد ما. نتحدث بالطبع عن الانفجار الكبير. يخبرنا علماء الكونيات أنه في وقت ما لم يكن هناك كون كما نعرفه. كل ما كان موجودًا قبل ذلك الوقت كان لاغياً وباطلاً - يتجاوز كل التصور. لماذا ا؟ حسنا هناك بعض الإجابات على هذا السؤال - إجابة فلسفية على سبيل المثال: لأنه قبل أن يتشكل الكون لم يكن هناك ما يمكن تخيله أو معه أو حتى. ولكن هناك أيضًا إجابة علمية وتلك الإجابة تنبع من ذلك: قبل الانفجار العظيم لم يكن هناك أي الفضاء - ال وسط غير مادي من خلالها تتحرك كل الأشياء الطاقة والمادة.
بمجرد ظهور استمرارية الزمكان إلى الوجود ، كانت وحدات الفيزيائيين الضوئيين يطلقون عليها اسم "الفوتونات". يبدأ المفهوم العلمي للفوتونات بحقيقة أن هذه الجسيمات الأولية للطاقة تُظهر سلوكين متناقضين على ما يبدو: أحدهما يتعلق بكيفية تصرفهم كأعضاء في مجموعة (في جبهة الموجة) والآخر يتعلق بكيفية تصرفهم في العزلة (كجزيئات منفصلة). قد يُنظر إلى الفوتون الفردي على أنه حزمة من موجات شد الفلين بسرعة عبر الفضاء. كل حزمة عبارة عن تذبذب على محورين متعامدين للقوة - الكهربائية والمغناطيسية. لأن الضوء هو تذبذب ، تتفاعل جزيئات الموجة مع بعضها البعض. تتمثل إحدى طرق فهم الطبيعة المزدوجة للضوء في إدراك أن الموجة بعد موجة من الفوتونات تؤثر على مقاريبنا - لكن الفوتونات الفردية تمتصها الخلايا العصبية في أعيننا.
كانت الفوتونات الأولى التي كانت تسير عبر سلسلة الزمكان قوية للغاية. كمجموعة ، كانت مكثفة بشكل لا يصدق. كأفراد ، اهتزت كل منها بمعدل استثنائي. أضاء ضوء هذه الفوتونات البدائية بسرعة الحدود المتسارعة للكون الشاب. كان الضوء في كل مكان - ولكن المادة لم تُرَ بعد.
مع توسع الكون ، فقد الضوء البدائي في كل من التردد والشدة. حدث هذا عندما انتشرت الفوتونات الأصلية نفسها أرق وأرق عبر مساحة متزايدة الاتساع. اليوم ، لا يزال صدى الخلق الأول صدى حول الكون. يُنظر إلى هذا على أنه إشعاع الخلفية الكونية. وهذا النوع المحدد من الإشعاع لم يعد مرئيًا للعين مثل الموجات داخل فرن الميكروويف.
الضوء البدائي ليس الإشعاع الذي نراه اليوم. تحول الإشعاع البدائي باللون الأحمر إلى الطرف المنخفض للغاية من الطيف الكهرومغناطيسي. حدث هذا مع توسع الكون من ما لم يكن في الأصل أكبر من ذرة واحدة إلى النقطة التي لم تجد فيها أدواتنا الكبرى أي حد على الإطلاق. إن معرفة أن الضوء البدائي الآن صارم للغاية يجعل من الضروري البحث في مكان آخر لمراعاة نوع الضوء المرئي لعيننا والتلسكوبات البصرية.
النجوم (مثل شمسنا) موجودة لأن الزمكان يفعل أكثر من مجرد إرسال الضوء كموجات. بطريقة ما - لا تزال غير مفسرة-1 - الزمكان يسبب المادة أيضا. والشيء الوحيد الذي يميز الضوء عن المادة هو أن المادة لها "كتلة" بينما ليس للضوء أي شيء.
بسبب الكتلة ، تعرض المادة خاصيتين رئيسيتين: القصور الذاتي والجاذبية. قد يُنظر إلى القصور الذاتي على أنه مقاومة للتغيير. الأمر الأساسي هو "كسول" ويستمر في فعل ما يفعله - ما لم يتم التصرف بناءً على شيء خارج نفسه. في وقت مبكر من تكوين الكون ، كان الشيء الرئيسي الذي يتغلب على كسل المادة هو الضوء. تحت تأثير ضغط الإشعاع ، يتم "تنظيم" المادة الأولية (معظمها غاز الهيدروجين).
بعد تحفيز الضوء ، تولى شيء ما داخل المادة - هذا السلوك الخفي الذي نسميه "الجاذبية". وُصف الجاذبية بأنها "تشويه لسلسلة الزمكان". تحدث مثل هذه التشوهات أينما وجدت الكتلة. لأن المادة لها كتلة ، منحنيات الفضاء. هذا المنحنى هو الذي يتسبب في تحرك المادة والضوء بطرق تم توضيحها في وقت مبكر من القرن العشرين بواسطة ألبرت أينشتاين. تتسبب كل ذرة صغيرة من المادة في "تشويه دقيق" في الزمكان-2. وعندما تجتمع التشوهات الدقيقة معًا ، يمكن أن تحدث الأشياء بشكل كبير.
وما حدث هو تكوين النجوم الأولى. لا يوجد نجوم عاديون هؤلاء - ولكن العمالقة الضخمة الذين يعيشون حياة سريعة جدًا ويصلون إلى نهايات مذهلة للغاية. عند هذه الغايات ، انهارت هذه النجوم على نفسها (تحت وطأة كل تلك الكتلة) لتوليد موجات صدمة هائلة من هذه الشدة لدمج عناصر جديدة تمامًا من العناصر القديمة. ونتيجة لذلك ، أصبح الفضاء مكشوفًا بجميع أنواع المواد (الذرات) العديدة التي تشكل مجلة الفضاء.
يوجد اليوم نوعان من المواد الذرية: البدائية وشيء قد نسميه "الأشياء النجمية". سواء كان بدائيًا أو نجميًا في الأصل ، فإن المادة الذرية تشكل كل الأشياء التي تم لمسها ورؤيتها. للذرات خصائص وسلوكيات: الجمود ، الجاذبية ، الامتداد في الفضاء ، والكثافة. يمكن أن يكون لها أيضًا شحنة كهربائية (إذا كانت مؤينة) وتشارك في التفاعلات الكيميائية (لتشكيل جزيئات معقدة للغاية وتعقيدًا). كل الأمور التي نراها تستند إلى نمط أساسي تم إنشاؤه منذ فترة طويلة من قبل تلك الذرات البدائية التي تم إنشاؤها بشكل غامض بعد الانفجار العظيم. تم تأسيس هذا النمط على وحدتين أساسيتين للشحنة الكهربائية: البروتون والإلكترون - كل منهما له كتلة وقادر على فعل تلك الأشياء من المحتمل أن تكون كتلة.
ولكن ليست كل المادة تتبع النموذج الهيدروجيني بالضبط. أحد الاختلافات هو أن ذرات الجيل الجديد تحتوي على نيوترونات متوازنة كهربائيًا بالإضافة إلى بروتونات ذات شحنة موجبة في نواتها. لكن الغريب هو نوع من المادة (المادة المظلمة) التي لا تتفاعل مع الضوء على الإطلاق. علاوة على ذلك (فقط للحفاظ على تناسق الأشياء) ، قد يكون هناك نوع من الطاقة (طاقة الفراغ) التي لا تأخذ شكل الفوتونات - تعمل أكثر مثل "الضغط اللطيف" الذي يتسبب في تمدد الكون بزخم لا يتم توفيره بشكل أصلي من الانفجار الكبير.
ولكن دعونا نعود إلى الأشياء التي يمكننا رؤيتها ...
فيما يتعلق بالضوء ، يمكن أن تكون المادة معتمة أو شفافة - يمكنها امتصاص الضوء أو انكساره. يمكن أن ينتقل الضوء إلى المادة ، من خلال المادة ، أو يعكس المادة ، أو يمتصها المادة. عندما يمر الضوء إلى المادة ، يتباطأ الضوء - بينما يزيد تردده. عندما ينعكس الضوء ، يتغير المسار الذي يسلكه. عند امتصاص الضوء ، يتم تحفيز الإلكترونات مما يؤدي إلى مجموعات جزيئية جديدة. ولكن الأهم من ذلك ، عندما يمر الضوء عبر المادة - حتى بدون امتصاص - تهتز الذرات والجزيئات على استمرارية الزمكان وبسبب هذا ، يمكن تقليل الضوء في التردد. نرى ، لأن شيئًا يسمى "الضوء" يتفاعل مع شيء يسمى "المادة" في شيء يسمى "استمرارية الزمكان".
بالإضافة إلى وصف تأثيرات الجاذبية للمادة على الزمكان ، أجرى أينشتاين تحقيقًا أنيقًا للغاية في تأثير الضوء المرتبط بالتأثير الكهروضوئي. قبل آينشتاين ، اعتقد الفيزيائيون أن قدرة الأضواء على التأثير على المادة كانت تعتمد أساسًا على "الكثافة". لكن التأثير الكهروضوئي أظهر أن الضوء يؤثر على الإلكترونات على أساس التردد أيضًا. وهكذا يفشل الضوء الأحمر - بغض النظر عن شدته - في إزاحة الإلكترونات في المعادن ، بينما حتى المستويات المنخفضة جدًا من ضوء البنفسج تحفز تيارات كهربائية قابلة للقياس. من الواضح أن معدل اهتزاز الضوء له قوة خاصة به.
ساهم تحقيق آينشتاين في التأثير الكهروضوئي بقوة في ما أصبح يعرف فيما بعد بميكانيكا الكم. سرعان ما علم الفيزيائيون أن الذرات انتقائية بشأن ترددات الضوء التي ستمتصها. وفي الوقت نفسه ، تم اكتشاف أن الإلكترونات كانت المفتاح لجميع الامتصاص الكمي - وهو مفتاح متعلق بخصائص مثل علاقات إلكترونات مع الآخرين ومع نواة الذرة.
نصل الآن إلى نقطتنا الثانية: الامتصاص الانتقائي وانبعاث الفوتونات بواسطة الإلكترونات لا يفسر الانتشار المستمر للترددات عند فحص الضوء من خلال أدواتنا-3.
ماذا يمكن أن يفسر ذلك بعد ذلك؟
إجابة واحدة: مبدأ "التنحي" المرتبط بـ انكسار وامتصاص الضوء.
الزجاج الشائع - كما هو الحال في نوافذ منازلنا - شفاف للضوء المرئي. ومع ذلك ، يعكس الزجاج معظم الأشعة تحت الحمراء ويمتص الأشعة فوق البنفسجية. عندما يدخل الضوء المرئي إلى الغرفة ، يتم امتصاصه بواسطة الأثاث والسجاد وما إلى ذلك. هذه العناصر تحول جزءًا من الضوء إلى حرارة - أو الأشعة تحت الحمراء. هذا الأشعة تحت الحمراء محاصر بالزجاج وتسخن الغرفة. وفي الوقت نفسه ، الزجاج نفسه معتم للأشعة فوق البنفسجية. يتم امتصاص الضوء المنبعث من الشمس في الأشعة فوق البنفسجية في الغالب بواسطة الغلاف الجوي - ولكن بعض الأشعة فوق البنفسجية غير المؤينة تمكن من المرور. يتم تحويل الضوء فوق البنفسجي إلى حرارة بواسطة الزجاج بنفس الطريقة التي يمتص بها الأثاث ويعيد إشعاع الضوء المرئي.
كيف يرتبط كل هذا بوجود الضوء المرئي في الكون؟
داخل الشمس ، تشع الفوتونات عالية الطاقة (الضوء غير المرئي من محيط النواة الشمسية) الوشاح الشمسي تحت الغلاف الضوئي. يحوّل الوشاح هذه الأشعة إلى "حرارة" عن طريق الامتصاص - لكن هذه "الحرارة" الخاصة لها تردد يتجاوز قدرتنا على الرؤية. يقوم الوشاح بعد ذلك بإعداد تيارات حملية تحمل الحرارة إلى الخارج نحو الغلاف الضوئي بينما تنبعث أيضًا فوتونات أقل نشاطًا - لكنها لا تزال غير مرئية -. يمر "الحرارة" و "الضوء" الناتج إلى الغلاف الضوئي الشمسي. في الغلاف الضوئي ("مجال الضوء المرئي") يتم "تسخين" الذرات بالحمل الحراري وتحفيزها من خلال الانكسار للاهتزاز بمعدل بطيء بما يكفي لإعطاء الضوء المرئي. وهذا المبدأ هو الذي يفسر الضوء المرئي المنبعث من النجوم التي تعد - إلى حد بعيد - المصدر الأكثر أهمية للضوء المرئي في جميع أنحاء الكون.
لذا - من منظور معين ، يمكننا القول أن "مؤشر الانكسار" للكرة الضوئية للشمس هو الوسيلة التي يتم من خلالها تحويل الضوء غير المرئي إلى ضوء مرئي. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، نستحضر فكرة أن مؤشر الانكسار للكرة الضوئية مرتفع جدًا لدرجة أن الأشعة عالية الطاقة تنحني إلى نقطة الامتصاص. عندما يحدث هذا ، تتولد موجات ذات تردد منخفض تشع كأشكال من الحرارة المحببة للعين وليست ببساطة دافئة عند اللمس ...
ومع كل هذا الفهم تحت أقدامنا الفكرية ، يمكننا الآن الإجابة على سؤالنا: النور الذي نراه اليوم يكون النور البدائي للخلق. لكن الضوء هو الذي تجسد بضع مئات الآلاف من السنين بعد الانفجار الكبير. في وقت لاحق ، اجتمع هذا الضوء المادي معًا تحت تأثير الجاذبية كأجرام مكثفة كبيرة. ثم طورت هذه الأجرام أفران كيميائية قوية تعمل على إزالة المادة من المواد إلى ضوء غير مرئى. في وقت لاحق - من خلال الانكسار والامتصاص - تم عرض الضوء غير المرئي للعين من خلال طقوس المرور عبر "عدسات اللمعان" الرائعة التي نسميها النجوم ...
-1من المحتمل أن تكون الطريقة التي يتم بها الكشف عن كل الأشياء الكونية بالتفصيل هي المجال الرئيسي للبحث الفلكي اليوم ، وسوف يأخذ الفيزيائيين - مع "محطمي الذرة" ، والفلكيين - مع مقاريبهم ، وعلماء الرياضيات - مع أجهزة الكمبيوتر الفائقة التي تحطم أعدادهم (وأقلام الرصاص!) وعلماء الكونيات - بفهمهم الدقيق للسنوات الأولى للكون - لغزا كل شيء.
-2
بمعنى ما قد المسألة ببساطة كن تشويه لسلسلة الزمكان - لكننا ما زلنا بعيدين عن فهم تلك الاستمرارية في جميع خصائصها وسلوكياتها.
-3تعرض الشمس وجميع مصادر الضوء المضيئة امتصاصًا داكنًا ونطاقات انبعاث ساطعة بترددات ضيقة جدًا. هذه بالطبع هي خطوط فراونهوفر المختلفة المتعلقة بالخواص الميكانيكية الكمومية المرتبطة بالحالات الانتقالية للإلكترونات المرتبطة بذرات وجزيئات معينة.
نبذة عن الكاتب:مستوحى من تحفة أوائل القرن العشرين: "السماء من خلال مقاريب ثلاثة وأربعة وخمس بوصات" ، بدأ Jeff Barbour في علم الفلك وعلوم الفضاء في سن السابعة. يخصص جيف حاليًا الكثير من وقته في مراقبة السماء والحفاظ على موقع Astro.Geekjoy.
