Генерал, Ресеарцх, Технологија

Откривање дуге - како су тајне светлости довеле човечанство до открића тамне материје?

Простора је, као што нам је наука показала, многотајанственији него што смо могли да замислимо. Чак су и звезде које виђамо сваке ноћи потпуно другачије од онога што изгледају. Светлост, време, простор и гравитација стварају стварност изван нашег разумевања. Па ипак, људска цивилизација је достигла невиђене висине. Успели смо да пређемо од прастарих ловачко-сакупљачких племена до првих људи који су отишли ​​у свемир. Ово је омогућено захваљујући великом броју фактора и људима који су живели у различитим епохама, али без којих сада тешко бисте прочитали овај чланак. Формирање модерног света омогућено је захваљујући неразрешеним мистеријама света, пошто су старост и величина космоса отелотворене у њему. Све што данас видимо и све што знамо о Универзуму постало је могуће захваљујући светлу, које у себи скрива много више тајни него што се чини на први поглед.

Светлост није оно што се чини

Садржај

  • 1 Где су "духови" на небу?
  • 2 На шта је светлост способна?
  • 3 Размотавање дуге: спектар светлости и инфрацрвеног зрачења
  • 4 Зашто је светлост кључ разумевања космоса?
  • 5 Да ли заиста постоје боје?
  • 6 Шта су спектралне линије?

Где су на небу "духови"?

1802. енглески астроном Вилијам ХерселДошао сам до закључка да су звезде иста „сунца“, али се налазе веома, веома далеко од Земље, и зато нам се чине сићушним. Светлост ових звезда креће се веома брзо, али још увек треба времена да дође до нас. Биће потребних година да светлост најближих звезда дође до Земље, а светлости удаљенијих звезда ће требати векови. Нека небеска тела налазе се толико далеко да ће, кад њихова светлост доспе до нас, бити мртва. Испада да је небо које видимо пуно духова, а телескоп је машина у стварном времену. Али шта знамо о светлости?

Светлост се креће брзином од 300 хиљада километара удруго. Отприлике на овој удаљености од Земље (на удаљености од једне светлосне секунде) је и месец. Сваки пут када погледамо месец, једну секунду завиримо у прошлост. Али шта је са сунцем? Сунчевој светлости је потребно око 8 минута да стигне до нас. То значи да ако наша матична звезда изненада угаси, о томе ћемо знати тек осам минута. Али удаљеност од Земље до Нептуна варира у зависности од њиховог релативног положаја у орбити. У просеку, светлост га надвлада за четири сата. Испада да са Земље видимо Нептун онакав какав је био пре четири сата. Не треба рећи да колико далеко у прошлост могу изгледати савремени телескопи.

Ако се постепено удаљавате од Сунчевог система,светлосни сати се претварају у недеље, месеце и године. Научници мере светлост у размаку у свемиру. У једној светлосној години светлост пређе око 10 билиона километара. Дакле, Прокима Центаури - нама најближа звезда - налази се на четири светлосне године од Земље, а кластер Плејаде 400 светлосних година. Године 1609. Галилео Галилеи први је пут погледао кроз телескоп. Тада је светлост Плејада доспела до наше планете.

Ракова маглина је 6.523 светлосне године од Земље

Кад погледамо са Земље на раковеМаглина која се налази у сазвежђу Бик, гледамо у далеку прошлост. Некада давно, маглица у облику ракова била је гигантска звезда, 10 пута масивнија од нашег Сунца, а затим се претворила у супернову познату као СН 1054. У средишту маглице је пулсар - градска звезда величине 26 цм која прави 30 обртаја у секунди. Ворцеси пулсних обртаја убрзавају околне електроне готово до брзине светлости. Као резултат тога, почињу да светлују плавом бојом, осветљавајући протоке гаса који и даље потичу из супернове.

Значи више небеских објеката које виденаши телескопи, што даље можемо назад. Најстарија светлост снимљена свемирским телескопом Хуббле стара је 13,4 милијарде година. Ово је светлост из најстарије галаксије коју смо икада видели, а звезде су се појавиле у њој у време када још увек није постојало ни Сунце ни наша планета. Завиривши још дубље у космичке дубине, чини нам се да ћемо видети крај универзума. Али заправо видимо његов почетак - Велики прасак, који се догодио пре 13,8 милијарди година и поставио је темеље за сва жива бића. Али нико не зна шта се догодило пре Великог праска.

Изгледа као светло из најстарије галаксије старе 13,4 милијарде година

Шта је светлост способна?

Древни Кинези и Грци видели су како бизарноствари могу бити лагане. Ово потврђују вршне камере - најједноставнији тип уређаја који омогућава добијање оптичке слике предмета. Прва рупа за камеру била је водоотпорна кутија са малом рупом на једном од зидова и екраном - листом белог папира или смрзнутим стаклом - на супротној страни. Кад су зраци светлости прошли кроз малу рупу, створили су обрнуту слику на екрану. Прво помињање фотоапарата обсцура датира из В века и кинеског филозофа Мао Тзуа. Међутим, одговор на питање зашто се то догађа човечанству морало је дуго да чека.

Да ли желите да увек будете свесни најновијих открића из света науке и високих технологија? Претплатите се на наш вести у Телеграму

Пре хиљаду година у Басри (модерноИрак) живио универзални научник Ибн ал-Кхаисам. Физичара, математичара, механичара и астронома занимале су ствари које су други узимали здраво за готово. Ал-Хаитхам је желео да разуме како видимо и разоткривамо тајне света. Управо је он открио да се светлост креће правоугаоно и убрзо је створио сопствену камеру за прозоре. Али вршна камера добро делује само на сунцу, а светлост месеца и звезда није довољна. За преглед удаљених небеских објеката било је потребно нешто друго. Испоставило се да су то оптичка сочива. Међутим, пре него што је Галилео Галилеи први пут погледао телескопом, прошло је 600 година.

Објектив је дозволио телескопима да се подигну што је више могуће.веће подручје за прикупљање светлости од наших очију. Што су сочива већа, више светлости могу да сакупљају. Савремени телескопи имају огроман отвор бленде и веома осетљиве детекторе. Сатима посматрају исти космички објект, прикупљајући максималну количину његове светлости.

Откривање дуге: спектар светлости и инфрацрвеног зрачења

Светлост има невероватна својства која то нисуизгледају као нешто друго човеку познато. Елементарна честица светлости - фотон који емитује атом или молекул, „рађа се“ - ако је прикладно употребити ову реч - брзином светлости. Ниједна друга честица није способна да убрза до брзине светлости у трену. Реалност је да се ништа не може брже кретати. Али шта је светлост?

Сваки ловац зна где фазан сједи

Попут Ибн ал-Хаиесама, Исаац Невтон је желио да знаодговор на ово питање од детињства. Са 20 година постао је прва особа која је разоткрила мистерију дуге: Њутн је видео да сунчана бела светлост није ништа друго него мешавина свих боја дуге. Њутн је раширену слику светлости у свим бојама назвао спектром. Ово невероватно откриће младог научника било је, међутим, непотпуно, јер је светлост, као што то данас знамо, кључ за тајне свемира и далеких светова. Следећи пут када свет сазна за најнеобичнија својства светлости тек након 150 година. То ће пасти на групу другог научника који ће своје откриће, као што се често и дешава, случајно. Ово је историја науке - многи јунаци откривају тајне нашег постојања век за веком.

1800. године енглески астроном Вилијам Херсел,који је први схватио да је ноћно небо пуно "духова", проучавао је небо најсавременијим телескопима свог времена. С обзиром на мистерију дуге коју је решио Исаац Невтон, Херсцхел се запитао могу ли неке боје топлије или хладније од других. Да би тестирао ову хипотезу, Херсцхел је на бијели лист папира инсталирао три термометра. Контролни термометар био је ван спектра - то јест, није био осветљен сунчевом светлошћу. Резултати експеримента показали су да је црвена заиста топлија од плаве. Међутим, индикатори контролног термометра нису научнику дуго одмарали: чињеница је да је открио невидљиво присуство, које је скривено испод црвеног дела спектра. Након тога, почео је да се назива инфрацрвеним, пошто инфра на латинском значи „нижи“. Људско око, за разлику од коже, није у стању да хвата инфрацрвено зрачење. Али осећамо да је топло.

Зашто је светлост кључ разумевања космоса?

Отприлике у исто време као и Виллиам Херсцхелоткрио инфрацрвено зрачење, Јосепх Фраунхофер, син сиромашног стакла, радио је у очевој радионици. Након његове смрти, млади Фраунхофер, са 12 година, ушао је у школу, а потом радио у стакларској радионици у Минхену. Захваљујући низу случајних догађаја, будући физичар стекао је математичко образовање 1806. године и постао асистент на Математичком и оптичком институту у Минхену. Тамо су прављена сочива и оптички инструменти. Са 27 година Јосепх Фраунхофер постао је водећи аутор висококвалитетних сочива за телескопе и оптичку опрему.

Проналажење најбољег стакла за Фраунхофер лећеекспериментирао са призмама. Пошто је светлост и честица и талас, баш као што таласна дужина звука одређује висину тона који чујемо, дужина светлосног таласа одређује боју коју видимо. Али како призма дели боје скривене у зраку сунчеве светлости? Када се светлост креће кроз ваздух или простор, све се његове боје крећу истом брзином. Али сударајући са стаклом под углом, светлост успорава и мења смер. Испада да се унутар призме свака боја креће различитом брзином.

Суочена са стаклом под углом, светлост мења смер

Љубичаста боја у стаклу - њени светлосни таласиједан од најкраћих - успорава више од црвеног, чији су таласи најдужи. Ове промене у брзини одвајају боје тако да се крећу у нешто различитим правцима. То је откриће могао да направи Изак Њутн, али звезде су наредиле другачије. Фраунхоферино откриће поставило је темеље астрофизици - грани астрономије која проучава физичке процесе у астрономским објектима користећи принципе физике и хемије. Али како? Фраунхофер је видео да су на светлу заробљене вертикалне црне линије - прави тајни код. Према астрофизичару и популаризатору науке Неилу Деграссу Тисону у ТВ серији „Простор: простор и време“, ова шифра нам је дошла из „другог свемира“. Било је потребно скоро 100 година да дешифрујемо поруку приложену у тим мистериозним црним линијама.

Окомите црне линије - кључ за разумевање простора

Да ли заиста постоје боје?

Да ли сте икада размишљали гдеДа ли је настала сва ова упечатљива палета природних боја? Тајна је да светлосни таласи различитих дужина падају на Земљу. Латице сваког појединог цвета, попут лупине, апсорбују све слабо енергетске таласе црвеног светла, али одражавају краће и енергетски плаве. Интеракција између латице и звездане светлости је оно што цвет чини плавим. Исти принцип важи и за све остало на Земљи. Испада да је боја начин на који људско око види енергију светлосних таласа. Ништа више од веште илузије, зар не?

Које друге тајне мислите да светлост крије у себи? Поделите своје мишљење у коментарима на овај чланак, као и са учесницима нашег Телеграм цхата

У ствари, лупини немају одређену боју. Очи их виде у плавом

Шта су спектралне линије?

Али вратимо се Фраунхофер-овом спектру. Шта ствара ове мистериозне линије? Показало се да настају када се апсорбују светлосни таласи одређених боја. То се једноставно дешава на потпуно другом нивоу стварности - у квантном свету.

Да се ​​не збунимо, сетимо се шта смо од себепредстављају атоме. Дакле, честица материје микроскопске величине и масе - најмањи део хемијског елемента и носилац његових својстава - назива се атомом. Атоми се састоје од језгра и електрона, а језгро самог атома чине протони и неутрони. Број неутрона у језгру може варирати од нуле до неколико десетина. Што је мање електрона, атом је једноставнији. Узгред, то је атом водоника. У простору се јавља чешће од других и састоји се од једног електрона и једног протона. Али у квантном свету све је потпуно другачије него у нашем. Дакле, сваки се електрон врти око језгра, али његове орбитале и величина су строго ограничене за сваки од хемијских елемената. Из тог разлога су материје толико различите једна од друге - енергетске особине материје одређују се орбиталима њених електрона. Што је већа орбитала, већа је и енергија електрона.

Структура атома: електрони „плешу“ у орбитама око језгра

Кад је Фраунхофер гледао сунчеву свјетлосткроз призму увећао је свој спектар телескопом. Тако је научник разрешио тајни шифру светлости - црне линије показале су се само плесом електрона у атому. Када енергија електрона падне и она скочи на орбиту испод, светлост коју емитује нестаје. У спектру се појављују црне окомите линије јер већина светлости једноставно не допире до нас. Неке од ових тамних линија су сенке које су атоми водоника оставили у атмосфери сунца. Остале остају атоми натријума, гвожђа итд. Атоми различитих хемијских елемената бацају различите сјене и то због броја електрона и њихових орбитала.

Погледајте такође: Шта је тамна материја? Честице или не?

Испада ако погледате звезду кроз њуспектрометар, можете видети тамне линије елемената који се налазе у његовој атмосфери. Али уз помоћ спектрометра можете да гледате не само звезде и далеке галаксије. Данас вам спектроскопске методе омогућавају да одредите састав било чега. Захваљујући Фраунхоферовим спектралним линијама, сазнали смо да су све галаксије, звезде и сва жива бића на нашој планети састављени од истих елемената. Сваки елемент, ма гдје се налазио, има свој јединствени потпис. Међутим, највише изненађујуће откриће из спектроскопије није било то што је могао видети. Ради се о тамној материји. Верује се да најмистериознији облик материје у Универзуму ни на који начин није са електромагнетним зрачењем. Штавише, чини 85% све материје. Данас научници верују да се тамна материја састоји од честица које још нису откривене. И упркос чињеници да данас имамо више питања него одговора, историја науке показује да смо на добром путу.