(2009 december)

Legutóbbi korrekció: 2012. december

Minden, ami érzékszerveink számára fényinger és színinger a Földön és az Univerzumban, valójában nem más, mint elektromágneses sugárzás. Ennek a sugárzásnak túlnyomó része ma már a csillagokból származik, a bennük lejátszódó termonukleáris fúzió kísérő jelenségeként. Ez azonban nem volt mindig így! A csillagok létrejötte előtt is volt elektromágneses sugárzás (fotonok), de csak az utóbbi évtizedekben tisztázódott, hogy hogyan, mikor és miért vált „átlátszóvá” a Világegyetem, még a csillagkeletkezés előtt. Bár a vetítéstechnika témaköréhez nem túl szorosan kapcsolódik ez a kérdés (bár "off topic"), talán mégsem érdektelen, hiszen a kép és a fény elválaszthatatlanok egymástól.

Egy kis kozmológia

Kb. ötven éve általánosan elfogadott nézet, hogy az Univerzum nagyjából 13,7 milliárd évvel ezelőtt az ún. Ősrobbanás (Big Bang, azaz Nagy Bumm) nyomán keletkezett, egy elképzelhetetlenül forró, sűrű és kicsiny „világegyetemből”. A 0 időpontban nem volt sem tér, sem idő, ezért nehéz mindennapi fogalmainkkal leírni az akkor történteket. Pl. nem lehet értelmezni az ősrobbanás „helyét”, sem pedig azt, hogy mi volt az ősrobbanás „előtt” stb.

Az igazság az, hogy a 0 másodperc és a 10 a mínusz negyvenharmadikon (a nulla után tizedesvessző, majd negyvenkét hulla, és utána egy egyes) másodperc között történtekről még a ma tudománya sem tud semmit mondani, csak ez utóbbi időpont utánról van egy elméletünk, amelyet azonban az egyre finomabb vizsgálati módszerek, és az egyre szaporodó mérési eredmények mindinkább megerősítenek. Az Ősrobbanást egy hirtelen tágulás követte, amely azóta is tart, és amelyet folytonos hűlés kísér. A Világegyetem tágulása kísérletileg igazolt, általánosan elfogadott tény. Az ősrobbanás utáni pillanatok részleteibe most nem megyünk bele, mert bármennyire érdekes a téma, nem erre a weboldalra való.  

Lényeges azonban, hogy amit ma anyagnak és energiának hívunk, a Nagy Bumm után még jó ideig nem „csatolódott el” egymástól: elemi részecskék és sugárzás egymástól elválaszthatatlanul alkották az Univerzumot, és ezek folyamatosan egymásból-egymásba alakultak.

Átlátszó Univerzum

Mindez kb. 3-400 000 évig tartott, bár az egyszerű atommagok (hidrogén és a belőle keletkező hélium) már kb. a 3. másodperc végéig kialakultak. A különféle részecskeütközésekben, átalakulásokban keletkező, elekromágneses energiát hordozó fotonok a túl sűrű és forró „anyagban” folyton beleütköztek az akkor még nem befogott szabad elektronokba, amelyek elnyelték energiájukat. Gyakran újra kisugárzódtak, de így sem jutottak messzire, mert hamarosan újra ütköztek, és irányt váltottak vagy elnyelődtek: nem juthattak ki az anyag-energia börtönéből, azaz egy relatíve kis tértartományból. Az Univerzum tehát ekkor még teljességgel „átlátszatlan” volt, persze ezt most nemcsak a látható fényre vonatkoztatva, hanem a teljes elektromágneses spektrumban.

A nagy változás akkor következett be, amikor a világegyetem kb. 3000 K hőmérsékletűre hűlt, és a protonok – nagyon rövid idő alatt – befogták az elektronokat: létrejöttek az első semleges atomok. Ekkor ugyanis az anyag és az energia szétcsatolódott, a tér lényegesen „üresebbé”, és ezzel átlátszóvá vált, amelyben a fény (általánosan: elektromágneses sugárzás) már szabadon tudott terjedni. Igaz, a galaxisok és a csillagok képződése csak később indult be, így az égbolt még nem fénylett, mint manapság, de a fotonok "rabsága" megszűnt.

 
Az akkor történtek hírnöke, egyben az ősrobbanás elmélete melletti egyik legnyomósabb bizonyíték a ma már 2,7 K-re hűlt kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB – Cosmic Microvawe Background), amely a hajdani, 3000 K-es kozmikus elektromágneses sugárzás „maradványa”. A CBM létezését 1948-ban jósolták meg (Gamow és Alpher), mérése 1965-ben valósulhatott meg (Penzias és Wilson).

Nem biztos, hogy szerencsés dolog maradványnak nevezni, hiszen „csak” a sugárzás maximumának hullámhossza tolódott el az Univerzum tágulása, illetve az ennek következtében fellépő ún. vöröseltolódás miatt, és persze az intenzitása csökkent (az Univerzum mérete a tágulás miatt azóta - tehát a kb. 400.000 évvel az Ősrobbanás utáni állapothoz képest - kb. 1000-szeresére növekedett). Valójában a kozmikus háttérsugárzás igen nagy pontossággal megfelel az abszolút feketetest sugárzási jellemzőinek, ezért is mondhatjuk, hogy az elektronok befogásakor hajdan keletkezett sugárzás „színhőmérséklete” 3000 K volt. Megszűnt tehát a 400.000 évig tartó teljes sötétség, a kozmosz, bár csupán halványan derengett, de már nem volt teljesen sötét, a világmindenség átlátszóvá vált. Igaz, a tágulás, és a már említett vöröseltolódás miatt a következő szakaszban egyre halványodott, és színe mindinkább a vörös/infravörös irányba tolódott (beköszöntött a "sötét korszak" a csilagok létrejöttéig, mára pedig a háttérsugárzás 2,7 K-re "hűlt", és a hullámhossza a mikrohullámú tartományban van.

A csillagok fénye

Az ezután történtek már jól ismertek: a csillagokban beindult termonukleáris fúzió olyan energiákat szabadított fel, amely atommag-átalakulásokhoz, részecskék és elektromágneses sugárzás keletkezéséhez vezettek a csillagok magjában. A fotonok persze ekkor részben már más mechanizmus nyomán keletkeznek, mint ahogyan az az ősrobbanás utáni első időszakban történt, nevezetesen elsődlegesen a hidrogén héliummá való átalakulásakor, az ún. proton-proton ciklusban.

A proton-proton ciklus vázlata. A spontán módon nagyon hosszú idő alatt létrejövő neutron egy protonnal deutérium magot alkot. A keletkező pozitron egy elektronnal egymást megsemmisítve két gamma fotonná alakul át. A deutérium egy protonnal stabil hélium-3 magot hoz létre, miközben szintén elektromágneses energia szabadul fel. A folyamat végén két hélium-3 magból egy közönséges hélium-4 mag (alfa részecske) keletkezik, amelynek tömege azonban kisebb négy hidrogénmag tömegénél. A tömegkülönbség a forrása a csillagokban keletkező energiának

Azonban a csillagok magjában keletkező elektromágneses sugárzásnak (gamma fotonok) – amely egyébként sok nagyságrenddel rövidebb hullámhosszúságú, mint a látható fény – az állandó ütközések és újrakisugárzások miatt akár több millió évig is eltart, amíg a felszínre kijut (ez ma is így zajlik a csillagokban), de onnan már nagy részben mint fény- és hősugárzás (ultraibolya sugárzás + látható fény + infravörös sugárzás) lép ki.
A világmindenség kb. 13 milliárd évvel ezelőtt lángba borult. Ettől az időponttól tudjuk igazán tanulmányozni a régmúltban történteket. Szó szerint „időutazást” tudunk tenni, hiszen a 13 milliárd évvel ezelőtti eseményekről az ugyanennyi fényév távolságból most hozzánk érkező fény (és egyéb sugárzás) tudósít minket.

jehu