Não faz muito tempo (13,7 bilhões de anos, segundo alguns relatos) que ocorreu um evento cosmológico bastante significativo. Falamos, é claro, do Big Bang. Os cosmologistas nos dizem que uma vez não havia universo como o conhecemos. Tudo o que existia antes desse tempo era nulo e sem efeito - além de toda concepção. Por quê? Bem, existem algumas respostas para essa pergunta - o resposta filosófica por exemplo: porque antes que o universo se formasse, não havia nada para se conceber, com ou mesmo a respeito. Mas há também uma resposta científica e essa resposta se resume a isso: antes do Big Bang não havia continuum espaço-tempo - a meio imaterial através do qual todas as coisas energia e matéria se movem.
Uma vez que o continuum espaço-tempo surgiu, uma das coisas mais comoventes a tomar forma foram as unidades de físicos da luz chamadas "fótons". A noção científica de fótons começa com o fato de que essas partículas elementares de energia exibem dois comportamentos aparentemente contraditórios: um comportamento tem a ver com o modo como eles agem como membros de um grupo (em frente de onda) e o outro se relaciona com o modo como se comportam isoladamente. (como partículas discretas). Um fóton individual pode ser visto como um pacote de ondas que se enrolam rapidamente no espaço. Cada pacote é uma oscilação ao longo de dois eixos de força perpendiculares - o elétrico e o magnético. Como a luz é uma oscilação, as partículas de onda interagem entre si. Uma maneira de entender a natureza dupla da luz é perceber que onda após onda de fótons afetam nossos telescópios - mas os fótons individuais são absorvidos pelos neurônios em nossos olhos.
Os primeiros fótons viajando através do continuum espaço-tempo foram extremamente poderosos. Como um grupo, eles foram incrivelmente intensos. Como indivíduos, cada um vibrou a um ritmo extraordinário. A luz desses fótons primordiais iluminou rapidamente os limites em rápida expansão do universo jovem. A luz estava em toda parte - mas a matéria ainda estava para ser vista.
À medida que o universo se expandia, a luz primordial perdia em frequência e intensidade. Isso ocorreu quando os fótons originais se espalharam cada vez mais por um espaço em constante expansão. Hoje, a primeira luz da criação ainda ecoa em torno do cosmos. Isso é visto como radiação cósmica de fundo. E esse tipo de radiação não é mais visível aos olhos como as ondas dentro de um forno de microondas.
A luz primordial NÃO é a radiação que vemos hoje. A radiação primordial mudou para o extremo mais baixo do espectro eletromagnético. Isso ocorreu à medida que o universo se expandia do que originalmente não seria maior que um único átomo até o ponto em que nossos maiores instrumentos ainda não encontraram nenhum limite. Saber que a luz primordial agora é tão ternura torna necessário procurar em outro lugar para explicar o tipo de luz visível aos nossos olhos e telescópios ópticos.
Estrelas (como o nosso Sol) existem porque o espaço-tempo faz mais do que simplesmente transmitir luz como ondas. De alguma forma - ainda inexplicável-1 - o espaço-tempo também causa matéria. E uma coisa que distingue a luz da matéria é que a matéria tem "massa" enquanto a luz não a possui.
Por causa da massa, a matéria apresenta duas propriedades principais: inércia e gravidade. A inércia pode ser pensada como resistência à mudança. Basicamente, a matéria é "preguiçosa" e continua fazendo o que está fazendo - a menos que ajam sobre algo fora de si. No início da formação do universo, a principal coisa a superar a preguiça da matéria era a luz. Sob a influência da pressão de radiação, a matéria primordial (principalmente gás hidrogênio) foi "organizada".
Após o estímulo da luz, algo dentro da matéria assumiu o controle - esse comportamento sutil que chamamos de "gravidade". A gravitação foi descrita como uma "distorção do continuum espaço-tempo". Tais distorções ocorrem onde quer que a massa seja encontrada. Porque a matéria tem massa, o espaço se curva. É essa curva que faz com que a matéria e a luz se movam de maneiras elucidadas no início do século XX por Albert Einstein. Todo pequeno átomo de matéria causa uma minúscula “micro-distorção” no espaço-tempo-2. E quando micro distorções suficientes se juntam, as coisas podem acontecer em grande medida.
E o que aconteceu foi a formação das primeiras estrelas. Não há estrelas comuns - mas gigantes super-massivos vivendo vidas muito rápidas e chegando a fins muito, muito espetaculares. Nessas extremidades, essas estrelas entraram em colapso sobre si mesmas (sob o peso de toda essa massa), gerando tremendas ondas de choque com intensidade que fundiam elementos inteiramente novos dos mais antigos. Como resultado, o espaço-tempo ficou impregnado de todos os muitos tipos de matéria (átomos) que compõem a Revista Space.
Hoje, existem dois tipos de matéria atômica: Primordial e algo que poderíamos chamar de "material estelar". De origem primordial ou estelar, a matéria atômica compõe todas as coisas tocadas e vistas. Os átomos têm propriedades e comportamentos: inércia, gravidade, extensão no espaço e densidade. Eles também podem ter carga elétrica (se ionizada) e participar de reações químicas (para formar moléculas de tremenda sofisticação e complexidade). Toda a matéria que vemos é baseada em um padrão fundamental estabelecido há muito tempo por esses átomos primordiais misteriosamente criados após o Big Bang. Esse padrão é baseado em duas unidades fundamentais de carga elétrica: o próton e o elétron - cada um com massa e capaz de fazer essas coisas em que a massa está sujeita.
Mas nem toda a matéria segue exatamente o protótipo de hidrogênio. Uma diferença é que os átomos de nova geração têm nêutrons eletricamente balanceados e prótons com carga positiva em seus núcleos. Mas ainda mais estranho é um tipo de matéria (matéria escura) que não interage com a luz. Além disso (apenas para manter as coisas simétricas), pode haver um tipo de energia (energia de vácuo) que não assume a forma de fótons - agindo mais como uma "pressão suave", fazendo com que o universo se expanda com um momento não fornecido oralmente pelo Big-Bang.
Mas vamos voltar às coisas que podemos ver ...
Em relação à luz, a matéria pode ser opaca ou transparente - pode absorver ou refratar a luz. A luz pode passar para a matéria, através da matéria, refletir a matéria ou ser absorvida pela matéria. Quando a luz passa para a matéria, a luz diminui - enquanto sua frequência aumenta. Quando a luz reflete, o caminho a seguir muda. Quando a luz é absorvida, os elétrons são estimulados potencialmente, levando a novas combinações moleculares. Mas ainda mais significativamente, quando a luz passa através da matéria - mesmo sem absorção - átomos e moléculas vibram no continuum espaço-tempo e por isso, a luz pode ser reduzida em frequência. Vemos, porque algo chamado "luz" interage com algo chamado "matéria" em algo chamado "o continuum espaço-tempo".
Além de descrever os efeitos gravitacionais da matéria no espaço-tempo, Einstein realizou uma investigação extremamente elegante sobre a influência da luz associada ao efeito fotoelétrico. Antes de Einstein, os físicos acreditavam que a capacidade das luzes de afetar a matéria se baseava principalmente na "intensidade". Mas o efeito fotoelétrico mostrou que a luz também afetava elétrons com base na frequência. Assim, a luz vermelha - independentemente da intensidade - falha em desalojar elétrons nos metais, enquanto níveis muito baixos de luz violeta estimulam correntes elétricas mensuráveis. Claramente, a taxa na qual a luz vibra tem um poder próprio.
A investigação de Einstein sobre o efeito fotoelétrico contribuiu poderosamente para o que mais tarde ficou conhecido como mecânica quântica. Os físicos logo aprenderam que os átomos são seletivos sobre quais frequências de luz eles absorverão. Enquanto isso, também foi descoberto que os elétrons eram a chave para toda a absorção quântica - uma chave relacionada a propriedades como as relações de um elétron com outras e com o núcleo do átomo.
Então agora chegamos ao nosso segundo ponto: absorção seletiva e emissão de fótons por elétrons não explica a propagação contínua de frequências observada ao examinar a luz através de nossos instrumentos-3.
O que pode explicar isso então?
Uma resposta: o princípio de renúncia associado ao refração e absorção de luz.
O vidro comum - como nas janelas de nossas casas - é transparente à luz visível. O vidro, no entanto, reflete a maior parte da luz infravermelha e absorve o ultravioleta. Quando a luz visível entra na sala, ela é absorvida por móveis, tapetes etc. Esses itens convertem parte da luz em calor - ou radiação infravermelha. Essa radiação infravermelha é capturada pelo vidro e a sala aquece. Enquanto isso, o próprio vidro é opaco ao ultravioleta. A luz emitida pelo Sol no ultravioleta é absorvida principalmente pela atmosfera - mas alguns ultravioletas não ionizantes conseguem passar. A luz ultravioleta é convertida em calor pelo vidro da mesma maneira que o mobiliário absorve e irradia novamente a luz visível.
Como tudo isso se relaciona com a presença de luz visível no universo?
Dentro do Sol, fótons de alta energia (luz invisível do perímetro do núcleo solar) irradiam o manto solar sob a fotosfera. O manto converte esses raios em "calor" por absorção - mas esse "calor" em particular tem uma frequência muito além da nossa capacidade de ver. O manto então cria correntes convectivas que transportam calor para fora em direção à fotosfera, enquanto também emitem fótons com menos energia - mas ainda invisíveis -. O "calor" e "luz" resultantes passam para a fotosfera solar. Na fotosfera ("a esfera da luz visível"), os átomos são "aquecidos" por convecção e estimulados pela refração a vibrar a uma velocidade lenta o suficiente para emitir luz visível. E é esse princípio que explica a luz visível emitida pelas estrelas que são - de longe - a fonte de luz mais significativa vista em todo o cosmos.
Portanto, de uma certa perspectiva, podemos dizer que o "índice de refração" da fotosfera do Sol é o meio pelo qual a luz invisível é convertida em luz visível. Nesse caso, no entanto, invocamos a ideia de que o índice de refração da fotosfera é tão alto que os raios de alta energia são dobrados ao ponto de absorção. Quando isso ocorre, as ondas de frequência mais baixa são geradas irradiando como uma forma de calor perceptível ao olho e não simplesmente quente ao toque…
E com todo esse entendimento sob nossos pés intelectuais, agora podemos responder à nossa pergunta: A luz que vemos hoje é a luz primordial da criação. Mas é a luz que se materializou algumas centenas de milhares de anos após o Big Bang. Mais tarde, a luz materializada se uniu sob a influência da gravidade como grandes esferas condensadas. Esses orbes então desenvolveram poderosos fornos alquímicos desmaterializando a matéria para a luz invisível. Mais tarde - através da refração e absorção - a luz invisível se tornou visível aos olhos pelo rito de passagem pelas grandes “lentes de luminosidade” que chamamos de estrelas…
-1Como todas as coisas cosmológicas transpiraram em detalhes é provavelmente a principal área de pesquisa astronômica atual e levará os físicos - com seus "destruidores de átomos", astrônomos - com seus telescópios, matemáticos - com seus supercomputadores (e lápis!) e cosmologistas - com sua sutil compreensão dos primeiros anos do universo - para entender a coisa toda.
-2
Em certo sentido, a questão pode simplesmente estar uma distorção do continuum espaço-tempo - mas estamos muito longe de entender esse continuum em todas as suas propriedades e comportamentos.
-3O Sol e todas as fontes luminosas de luz exibem bandas de absorção escura e emissão brilhante de frequências muito estreitas. Essas, é claro, são as várias linhas de Fraunhofer relacionadas a propriedades mecânicas quânticas associadas a estados de transição de elétrons associados a átomos e moléculas específicos.
Sobre o autor:Inspirado na obra-prima do início de 1900: "O céu através de telescópios de três, quatro e cinco polegadas", Jeff Barbour começou aos sete anos em astronomia e ciência espacial. Atualmente, Jeff dedica grande parte de seu tempo observando os céus e mantendo o site Astro.Geekjoy.
