Колко светлина има във Вселената?

източници на светлина в нашата Вселена

(Изображение кредит: Европейска южна обсерватория)



Пол Сътър е гостуващ учен в Центъра за космология и физика на астрочастиците на държавния университет в Охайо ( CCAPP ). Sutter също е домакин на подкастите Попитайте космонавт! ' и ' Реално пространство , „и поредицата в YouTube“ Пространство в лицето ви . ' Sutter допринесе тази статия за demokratija.euЕкспертни гласове: Op-Ed & Insights.



Колко светлина има във Вселената? Много. Там можете да спрете да четете сега.

Не, чакай, остани. Трябва да прочетете останалата част от това, защото е доста забавно.

Повече от хиляда светлинни точки



Първият избор, който трябва да направим, е как точно да определим „колко“. Удобен начин е да преброите светлината с помощта на фотони. Ако някога сте искали да знаете какво е фотон, добре, имате късмет: Това е малко светлина. И „малко“ тук означава „фундаментална единица“ или „кванти“, ако искате да бъдете изискани панталони за това.

Светлината е направена от фотони. Радиовълните са изградени от фотони. Рентгеновите лъчи са-разбрахте! - направени от фотони. Ако имате куп светлина, имате много фотони. Ако имате само един фотон, това е всичко. Не можете да го разделите, да го разтворите или да му разбиете сърцето. Един -единствен фотон е най -малкото количество светлина, което някога ще получите .

[Как да мислим за фотони (видео)]



Оставени сами, фотоните също могат да продължат вечно, което ще бъде важно по -късно в тази история.

Така че фотоните осигуряват удобен начин за измерване на общото количество светлина във Вселената: Пребройте фотоните и вие преброите светлината. И можем да преброим фотоните, защото знаем колко енергия влиза във всеки от тях (това е почти определението) и лесно можем да съберем всички енергии за източниците на светлина. Да, можехме просто да се придържаме към самите енергии, но това е много по -забавно.

Нека започнем: 1, 2, 3 ... и ясно можете да видите защо този метод не работи.

Милиарди и милиарди



Добре, може би трябва да започнем с нещо познато: нормална, ежедневна, безвредна крушка. Може да изглежда невинен, но този звяр с размер на пинта изхвърля около 10^20 фотона в секунда. Да, всяка секунда, 10^20 фотона! Споменах ли, че един -единствен фотон не е толкова светъл? Не? Ами те са малки.

Ако добавим всички известни крушки във Вселената, ще имаме доста светлина. Но нека не правим това, защото крушките лесно се надхвърлят - ха, ха - от други източници на светлина, като слънцето. Слънцето по същество е гигантска крушка . Искам да кажа, не наистина, но от гледна точка на фотоните, изобщо не ви интересува какво правят фотоните.

Ако мислите, че една крушка е интензивна, добре че не сте много ... хм ... ярка, защото слънцето изпомпва леки 10^45 фотона всяка секунда, всеки ден, всяка година, в продължение на няколко милиарда години. Това са много фотони.

Но няма да спрем само на една крушка или на едно слънце. О, не. В галактиката Млечен път има няколкостотин милиарда слънца и няколкостотин милиарда галактики в наблюдаваната Вселена. Предполага се, че има още повече в невидимата вселена - но те не се броят. Защото те не се наблюдават. Това е смисълът.

Както и да е, няколко милиарда тук, няколко милиарда там и съвсем скоро сте в диапазона от 10^60 фотона. Дайте или вземете няколко порядъка, разбира се, но като се има предвид, че фотоните се създават и унищожават всеки един момент, така или иначе няма да имаме перфектно преброяване.

Това е на заден план, погледнете внимателно

Но в небесата има много повече светлина от звездната светлина. Има мъглявини, гигантски молекулни облаци, свръхнови и пулсари и активни галактически ядра. Някои от тях просто поглъщат и преизлъчват фотони-така че не се добавят към общия брой-но със сигурност много от тях правят нови фотони.

Когато тези източници на светлина са достатъчно близо до Земята, за да бъдат ясно видими, те се наричат, добре, „източници“. Но Вселената съществува от известно време и е много по-голяма от собствената галактика на Земята и на фона се случва много неща, които учените все още не са определили на 100 процента. Така че има един вид извънгалактически ... фон ... светлина. „EBL?“ Разбира се, ако това е, което учените искат да бъде жаргонната дума, нека да продължим с това. Това със сигурност допринася за раздела.

Но наистина, през цялото това време просто се бъзиках с теб. Звезди, галактики, свръхнови, това е нищо. Дори и капка в кофата. Далеч и имам предвид далеч, най -яркото нещо във Вселената, източникът на почти всички фотони в небето, е много по -старо от всичко, което изброих. Всъщност това е най -старата светлина, която съществува: космическият микровълнов фон.

'CMB?' Сигурен. Той е „космически“, защото идва от космоса. Това е микровълнова радиация и стои зад всичко останало. И да, тя е по -ярка от всичко, което някога сте виждали: Тази светлина залива всеки кубичен сантиметър от космоса, включително Земята! Ако имахте микровълнови очи, бихте го видели като еднаква мъгла от светлина, идваща от всяка посока на небето.

Той е роден само 300 000 години в историята на космоса, когато Вселената най-накрая се е охладила достатъчно, за да премине от гореща и разхвърляна плазма към хладен и събран неутрален газ. В плазмен режим фотоните не биха продължили дълго; веднага щом се родиха, щяха да се втурнат с глава в близката частица. В режим на неутрален газ, фотоните най -накрая бяха свободни да се разхождат из космоса без прекъсване.

Излъчената по това време радиация първоначално беше гореща като източника й: високоенергийни гама-лъчи. Но вселената е стара и вселената е студена и след всички тези еони разширяването на Вселената се е простирало тази първична светлина надолу в микровълновата лента, където седи днес.

[Гледайте: Обяснявам CMB в този видеоклип.]

CMB не се забърка. Той създаде огромни 10^90 фотона. Това едно събитие, онази трансформационна епоха, пусна повече фотони от всяка звезда, която някога е изгаряла за 13 милиарда години.

За да го поставим в безвъзмездна перспектива, за всеки един фотон, направен от звезди, има около 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000, останали от ранната Вселена. Може би съм пропуснал нула, но щяхме ли дори да забележим?

Това получавате, когато цялата вселена действа като една крушка. Всичко след събитието CMB е просто промяна. Ако искате да преброите цялата светлина във Вселената - и ние го правим, тъй като това е смисълът на тази статия - можете да започнете и да спрете с CMB.

Всичко останало във Вселената е просто закръглена грешка.

Научете повече, като слушате епизода' Колко светлина има във Вселената? 'на тема „Попитайте космическия човек!“ подкаст, наличен на iTunes и в мрежата на http://www.askaspaceman.com . Благодаря на Тим Ратрей за въпроса, който доведе до това парче! Задайте свой собствен въпрос в Twitter, като използвате #AskASpaceman или като следвате Пол @PaulMattSutter и facebook.com/PaulMattSutter .

Следвайте всички въпроси и дебати на експертните гласове - и станете част от дискусията - нататък Facebook , Twitter и Google+ . Изразените мнения са на автора и не отразяват непременно вижданията на издателя. Тази версия на статията първоначално е публикувана на demokratija.eu .