Șoaptea fotonilor
Una dintre cele mai faimoase propoziții din Biblie este chiar la început, în relatarea despre creație. Acolo este descrisă crearea primei zile. „Și Dumnezeu a spus: Să fie lumină! Și a fost lumină ".
Cosmologii știu acum: După Big Bang, trebuiau să treacă 300.000 de ani înainte ca lumina să scuture de legăturile materiei. Abia atunci temperatura universului a scăzut atât de mult, încât nucleele atomice au pus în lesă electronii neîmblânziți anterior. Acum universul a devenit transparent - iar lumina ar putea alerga nestingherită prin tânărul cosmos.
Până în prezent, lumina ulterioară slabă a scenei cu bile de foc inundă camera: Ca „radiație cosmică de fundal”, particulele de lumină fără masă, supranumite „fotoni” de Albert Einstein, șoptesc astrofizicienilor povești despre crearea universului - ca un ecou al big bangului. Cercetătorii știu acum și despre nașterea primei lumini, poate acum 15 miliarde de ani. A fost creat de căldura Big Bang-ului și de radiația materiei și a antimateriei din primele secunde ale cosmosului. Chiar și numărul de fotoni din universul observabil poate fi estimat: în jur de 1089 - de un miliard de ori mai mult decât numărul de atomi.
Lumina renaște încă: prin fuziunea nucleară la 10 până la 150 de milioane de grade în interiorul stelelor. De acolo, totuși, nu poate zbura în linie dreaptă, dar - la fel ca în universul tânăr - este în permanență distras de către vârtejul de electroni și nuclei atomici. Deci, trebuie să se lupte spre spațiu într-un curs în zig-zag care durează mii de ani. Lumina de la suprafața soarelui nostru către pământ are nevoie doar de opt minute. Când faceți plajă, zece trilioane de fotoni băteau pe fiecare centimetru pătrat de piele în fiecare secundă.
Alte particule din vântul solar, în principal electroni și protoni, se deplasează timp de 20 până la 50 de ore. Câmpul magnetic pământesc le protejează într-o mare măsură - dar uneori unele dintre ele se ciocnesc cu atmosfera. Apoi oferă lumină nordică furioasă - în special în latitudinile nordice și sudice înalte. Culorile lor albastru și violet sunt create de excitația atomilor de azot din aer, verde provine din oxigen. Au fost observate și lumini nordice pe planetele Jupiter și Saturn.
Nu am putea exista fără lumina soarelui. Aproape toată viața de pe pământ depinde direct sau indirect de ea. „Viața este țesută din aer prin intermediul luminii”, a spus poetic fiziologul Jacob Moleshitt în secolul al XIX-lea. Se gândea la fotosinteză, în care energia solară este utilizată pentru a construi carbohidrați cu energie ridicată. Plantele, algele și unele bacterii se hrănesc literalmente cu lumina soarelui, pe care o captează cu ajutorul moleculelor de antenă sensibile la lumină: sunt consumatoare de lumină.
Dar lumina nu numai că transmite energie, ci este și o sursă de informații. De exemplu, raportează asupra problemei din care provine. Fiecare element chimic lasă o amprentă caracteristică în spectrul luminii emise.
Analiza spectrală a fost stabilită mult timp ca o metodă importantă pentru identificarea și examinarea atomilor și moleculelor. De exemplu, o culoare galben închis a flăcării indică atomi de sodiu - de exemplu, dacă câteva boabe de sare de masă (clorură de sodiu) cad în flacăra aragazului.
Cu toate acestea, lumina nu este creată doar prin arderea materiei la temperaturi ridicate. Natura creează, de asemenea, fenomene luminoase mai reci. De exemplu, fluorescența: unii atomi sau molecule înghit energie, sunt astfel puși într-o stare excitată și eliberează această energie ca lumină într-o milionime de secundă. Ecranele TV și tuburile fluorescente, de exemplu, se bazează pe acest principiu. Aditivii chimici din detergenți fluoresc în albastru în ultravioletul luminii de zi; acest albastru se adaugă la galbenul reziduurilor de var și are ca rezultat „alb strălucitor”.
Fosforescența, pe de altă parte, apare atunci când electronii unor substanțe, cum ar fi sulfura de zinc dopată cu cupru, sunt aduși de lumină într-o stare permanentă, cu energie mai mare. Astfel de „baterii ușoare” pot elibera lumina timp de câteva minute până la săptămâni, în funcție de substanță și temperatură. Ele pot fi găsite pe fețele ceasului, de exemplu, și recent, de asemenea, în stick-uri fluorescente fără baterii.
Fenomenul luminii numit sonoluminescență este încă un mister. Poate fi generat de unde sonore de înaltă frecvență, grupate în lichide. În mod uimitor, această lumină apare în blițuri care sunt de milioane de ori mai scurte decât s-ar fi așteptat pe baza structurii sunetului.
Ființele vii pot genera, de asemenea, lumină într-un mod rece - un proces cunoscut sub numele de bioluminiscență. Necesită energie și activitatea catalitică a unor enzime speciale, luciferazele. Aceștia oxidează anumiți compuși ai carbonului, luciferinele, creând o strălucire albăstruie sau verde. Unele insecte și pești au propriile celule luminoase, care sunt adesea căptușite cu cristale reflectorizante. Bio-strălucirea strălucește din aceste celule prin pielea animalelor. Pot comunica între ei sau pot atrage animale hrănitoare.
Crustaceii și calmarii din adâncul mării își păstrează luciferinele și luciferazele în glande separate sub piele. În caz de pericol, acestea deschid glandele și expulzează nori strălucitori în apă, derutând prădătorii.
Numeroși viermi, stele de mare, animale goale și moluște, precum și unii pești au intrat într-o simbioză cu bacterii care îi scutesc de munca ușoară. Unele bacterii luminescente precum Vibrio balticum și Bacterium phosphorescens trăiesc singure în apă și produc strălucirea romantică a mării în anumite momente. Alții se dezvoltă cu carne moartă sau cu lemn putrezit și îi dau o strălucire fantomatică.
Oamenii au învățat să folosească bioluminiscența ca sursă de informații. Genele luciferazei care au fost introduse contrabandă în bacterii și cuplate cu „molecule de percepție” speciale pot fi utilizate ca dispozitive de măsurare biologică: De exemplu, pot raporta toxinele din mediu.
Bioluminiscența are adesea o funcție de semnalizare în natură. De exemplu, este în serviciul găsirii unui partener. Licuricii sclipesc într-o goană de dragoste în nopțile calde de iunie: insectele masculine dansează prin aer, în timp ce femelele cunoscute sub numele de viermi strălucitori sau viermi lăcusti se ghemuiște în așteptare în iarbă și cochetează înapoi cu umflături strălucitoare.
Cu toate acestea, pentru unii masculi din genul Photinus, dansul iubirii se încheie fatal. Deoarece femelele din genul licurici Photuris imită semnalele de flirt ale doamnelor Photinus - și le place să mănânce bărbații Photinus înșelați.