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虹を解き明かす-光の秘密はどのようにして人類を暗黒物質の発見に導いたのか?

科学は私たちに示したように、宇宙は想像以上に神秘的でした。私たちが毎晩目にする星でさえ、見た目とはまったく異なります。光、時間、空間、重力は私たちの理解を超えた現実を作り出します。それでも今日、人間の文明は前例のない高さに達しました。私たちは、古代の狩猟採集民族から宇宙に行った最初の人々に行くことができました。これは、さまざまな時代に住んでいた多くの要因と人々のおかげで可能になりました。現代の世界の形成は、宇宙の年齢とサイズが具体化されているため、世界の解明されていない謎のおかげで可能になりました。今日私たちが目にするすべてのもの、そして宇宙について知っているすべてのものは、一見すると思われるよりもはるかに多くの秘密を隠している光のおかげで可能になりました。

光は見た目ではない

内容

  • 1空の「幽霊」はどこにありますか?
  • 2光は何ができますか?
  • 3虹の解明:光と赤外線のスペクトル
  • 4宇宙を理解するために光が重要なのはなぜですか?
  • 5本当に色はありますか?
  • 6スペクトル線とは何ですか?

空のどこに「幽霊」がいますか?

1802年、英国の天文学者ウィリアム・ハーシェル星は同じ「太陽」であるという結論に達しましたが、星は地球から非常に遠くにあるため、私たちにとっては小さいように見えます。これらの星の光は非常に速く動きますが、それでも私たちに届くには時間がかかります。最も近い星の光が地球に到達するには何年もかかり、より遠い星の光は何世紀もかかります。天体の中には、その光が私たちに届くまでにすでに消滅している天体があります。私たちが見る空は「幽霊」でいっぱいであり、望遠鏡はリアルタイムのマシンであることがわかります。しかし、私たちは光について何を知っていますか?

光は30万キロの速度で動きます秒。地球からおよそこの距離(1光秒の距離)に月があります。月を見るたびに、過去1秒を探します。しかし、太陽はどうですか?日光が届くまで約8分かかります。これは、母星が突然消えた場合、わずか8分後にそれについて知ることを意味します。しかし、地球から海王星までの距離は、軌道上の相対的な位置によって異なります。平均して、光は4時間でそれを克服します。地球からは、4時間前の海王星が見えます。言うまでもなく、現代の望遠鏡はどれほど過去まで見えますか。

太陽系から徐々に離れていくと、光の時間は、週、月、年に変わります。科学者は光年で空間の距離を測定します。 1光年で、光は約10兆キロメートル移動します。したがって、私たちに最も近い星であるプロキシマケンタウリは、地球から4光年の位置にあり、プレアデス星団は400光年です。 1609年、ガリレオ・ガリレイは最初に望遠鏡を通して見ました。そのとき、プレアデスの光が私たちの惑星に到達しました。

カニ星雲は地球から6,523光年

地球からカニを見るとき星座おうし座にある星雲は、より遠い過去を調べます。むかしむかし、カニの形をした星雲は太陽の10倍の巨大な星でしたが、その後SN 1054として知られる超新星になりました。星雲の中心にはパルサーがあります。パルサーの回転の渦は、近くの電子をほぼ光速まで加速します。その結果、それらは青く光り始め、超新星からまだ噴出するガスの流れを照らします。

彼らが見る天体は私たちの望遠鏡、私たちは遠くに行くことができます。ハッブル宇宙望遠鏡が捉えた最も古い光は、134億年前のものです。これは私たちが見た最も初期の銀河からの光であり、太陽も私たちの惑星もまだ存在していなかった時に星が現れました。宇宙の深さをさらに深く覗き込むと、宇宙の終わりが見えてくるように思えるかもしれません。しかし実際には、138億年前に発生し、すべての生物の基盤を築いたビッグバンが始まりました。しかし、ビッグバン以前に何が起こったのか誰も知りません。

最古の13.4億年の銀河からの光のように見える

光は何ができますか?

古代中国人とギリシャ人はどのように奇妙だった物事は光を行うことができます。これは、ピンホールカメラによって確認されます。これは、物体の光学画像を取得できる最も単純なタイプのデバイスです。最初のピンホールカメラは、壁の1つに小さな穴があり、反対側にスクリーン(白い紙またはすりガラス)がある遮光ボックスでした。光線が小さな穴を通過すると、画面上に反転した画像が作成されます。カメラオブスキュラの最初の言及は、V世紀と中国の哲学者、毛沢東に遡ります。しかし、なぜこれが人類に起こるのかという質問に対する答えは、長い間待たなければなりませんでした。

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千年前のバスラ(現代イラク)普遍的な科学者イブン・アル・ハイサムが住んでいました。物理学者、数学者、機械工、および天文学者は、他の人が当然と思っていたものに興味がありました。アル・ヘイサムは、世界の秘密をどのように見て、解明するかを理解したかったのです。光が直線的に動いていることを発見し、すぐに彼自身のピンホールカメラを作成しました。しかし、ピンホールカメラは日光でしかうまく機能せず、月や星の光では十分ではありません。遠くの天体を見るには、何か他のものが必要でした。これは光学レンズであることが判明しました。しかし、ガリレオ・ガリレイが最初に望遠鏡を通して見る前に、600年が過ぎました。

レンズにより、望遠鏡を可能な限り高くすることができました。私たちの目よりも光を集めるための広い領域。レンズが大きいほど、より多くの光を集めることができます。現代の望遠鏡には、大きな開口部と高感度の検出器があります。彼らは同じ宇宙の物体を何時間も見続け、その光の最大量を集めます。

虹の解明:光と赤外線のスペクトル

光には信じられないほどの特性があります人間になじみのあるもののように見えます。光の素粒子-原子または分子によって放出される光子は、「生まれる」-この単語を使用することが適切な場合-光の速度で。他の粒子は、瞬時に光の速度に加速することができません。現実には、何も速く移動することができません。しかし、光とは何ですか?

すべてのハンターはキジが座っている場所を知っています

イブン・アル・ヘイサムのように、アイザック・ニュートンは知りたかった子供の頃からこの質問への答え。 20歳までに、彼は虹の謎を解明した最初の人物となりました。ニュートンは、晴れた白い光が虹のすべての色の混合物に過ぎないことを知りました。ニュートンは、すべての色の光の広がり画像をスペクトルと呼びました。しかし、若い科学者のこの驚くべき発見は不完全でした。なぜなら、今日知られているように、光は宇宙空間と遠い世界の秘密の鍵だからです。次に世界が光の最も珍しい性質について知るのは、150年後のことです。これは、偶然にしばしば起こるように、彼の発見をする多くの別の科学者に落ちます。これが科学の歴史です-多くのヒーローが私たちの存在の秘密を世紀ごとに明らかにしています。

1800年、イギリスの天文学者ウィリアムハーシェルは、彼は夜空が「幽霊」でいっぱいであることを最初に悟り、彼の時代の最も近代的な望遠鏡で空を研究しました。アイザック・ニュートンが解決した虹の謎を考えると、ハーシェルは、ある色は他の色よりも暖かく、寒いのではないかと考えました。この仮説をテストするために、ハーシェルは白い紙の上に3つの温度計を設置しました。制御温度計は範囲外でした-つまり、日光に照らされていませんでした。実験の結果、赤は青よりも実際に暖かいことが示されました。しかし、制御温度計のインジケータは長い間科学者に休息を与えませんでした。事実、彼は目に見えない存在を発見しました。それはスペクトルの赤い部分の下に隠されています。その後、ラテン語で「下」を意味するため、赤外線と呼ばれるようになりました。人間の目は、皮膚とは異なり、赤外線をキャッチできません。しかし、私たちは暖かく感じます。

光が宇宙を理解する鍵であるのはなぜですか?

ウィリアム・ハーシェルとほぼ同時期赤外線放射を発見したジョセフ・フラウンホーファーは、貧しいグラツィエの息子で、父親のワークショップで働いていました。彼の死後、12歳の若いフラウンホーファーは勉強し、ミュンヘンのガラス工房で働きました。一連のランダムなイベントのおかげで、将来の物理学者は1806年に数学的教育を受け、ミュンヘンの数理光学研究所の助手になりました。そこにレンズや光学機器が作られました。 27歳までに、ジョセフフラウンホーファーは望遠鏡と光学機器用の高品質レンズの主要なクリエイターになりました。

フラウンホーファーレンズに最適なガラスを見つけるプリズムで実験しました。光は粒子であり波であるため、音の波長が聞こえる音のピッチを決定するように、光の波の長さは見る色を決定します。しかし、プリズムは太陽光線に隠された色をどのように分割しますか?光が空気または空間を通過すると、その色はすべて同じ速度で移動します。しかし、ガラスと斜めに衝突すると、光は減速して方向を変えます。プリズム内部では、各色が異なる速度で移動することがわかります。

斜めにガラスを向けると、光は方向を変えます

ガラスの紫の色-その光の波最短の1つ-波が最も長い赤よりも遅くなります。これらの速度の変化により色が分離されるため、わずかに異なる方向に移動します。アイザック・ニュートンができたのはこの発見でしたが、星はそうでなければ注文しました。フラウンホーファーの発見は、天体物理学の基礎を築きました。これは、物理学と化学の原理を使用して天体の物理プロセスを研究する天文学の一分野です。しかし、どのように?フラウンホーファーは、真っ暗なコードである垂直の黒い線が光の中で捕らえられているのを見ました。宇宙物理学者および科学の普及者であるテレビシリーズ「宇宙:空間と時間」のニールデグラスタイソンによると、このコードは「別の宇宙」からもたらされました。これらの神秘的な黒い線で囲まれたメッセージを解読するのにほぼ100年かかりました。

黒い縦線-スペースを理解するための鍵

色は本当に存在しますか?

どこについて考えたことがありますか自然な色のこの印象的なパレットはすべて由来していますか?秘密は、異なる長さの光波が地球に落ちることです。ルピナスなどの特定の花それぞれの花びらは、低エネルギーの赤色光波をすべて吸収しますが、より短く、よりエネルギッシュな青色光を反射します。花びらと星明かりの相互作用が花を青くしています。同じ原則が地球上の他のすべてに適用されます。色は、人間の目が光波のエネルギーをどのように見るかであることがわかります。巧妙な錯覚に過ぎない、そうでしょうか?

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実際、ルピナスには特定の色はありません。私たちの目は青く見える

スペクトル線とは何ですか?

しかし、フラウンホーファーのスペクトルに戻りましょう。 これらの神秘的なラインを作成するものは何ですか?特定の色の光波が吸収されると発生することが判明しました。それはまったく異なるレベルの現実、つまり量子世界で起こります。

混乱しないように、自分自身を思い出しましょう原子を表します。そのため、微視的なサイズと質量の物質の粒子-化学要素の最小部分とその特性の担体-は原子と呼ばれます。原子は核と電子で構成されており、原子自体の核は陽子と中性子で構成されています。核内の中性子の数は、ゼロから数十までさまざまです。電子が少ないほど、原子は単純になります。それで、ところで、水素原子です。宇宙では、他よりも頻繁に発生し、1つの電子と1つのプロトンで構成されます。しかし、量子の世界では、すべてが私たちのものとは完全に異なっています。したがって、各電子は核の周りを回転しますが、その軌道とサイズは各化学元素に対して厳密に制限されています。物質が互いに非常に異なっているのはこのためです-物質のエネルギー特性は、その電子の軌道によって決定されます。軌道が大きいほど、電子エネルギーが大きくなります。

原子構造:核の周りの軌道の電子「ダンス」

フラウンホーファーが日光を見ていたとき彼はプリズムを通して、望遠鏡でスペクトルを増やしました。そのため、科学者は光の秘密の暗号を解決しました。黒い線は、原子内の電子のダンスにすぎませんでした。電子エネルギーが低下し、下の軌道にジャンプすると、放出する光は消えます。ほとんどの光が届かないため、スペクトルに黒い縦線が表示されます。これらの暗い線のいくつかは、太陽の大気中の水素原子によって残された影です。その他は、ナトリウム、鉄などの原子によって残されています。異なる化学元素の原子は異なる影を落としますが、これは電子の数とその軌道によるものです。

参照:暗黒物質とは?粒子かどうか?

星を見てみるとわかります分光計では、大気に含まれる元素から暗い線を見ることができます。しかし、分光計の助けを借りて、星や遠くの銀河だけでなく見ることができます。今日の分光法では、あらゆる組成を決定できます。フラウンホーファーのスペクトル線のおかげで、私たちは地球上のすべての銀河、星、すべての生物が同じ要素で構成されていることを学びました。すべての要素は、それがどこであっても、独自の一意の署名を持っています。しかし、分光法からの最も驚くべき発見は、それが見えなかったことでした。それはダークマターについてです。宇宙で最も神秘的な形の物質は、電磁放射とはまったく関係ないと考えられています。さらに、すべての問題の85%を占めています。今日、科学者は、暗黒物質はまだ発見されていない粒子で構成されていると信じています。そして今日、答えよりも質問の方が多いという事実にもかかわらず、科学の歴史は私たちが正しい軌道に乗っていることを示しています。

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