Свет когда появился: Когда появился свет | Вокруг Света

Когда во Вселенной появился первый свет? / Хабр

Скорость света даёт нам в руки удивительный инструмент для изучения Вселенной. Поскольку свет перемещается со скоростью всего около 300 000 км/с, глядя на удалённые объекты, мы заглядываем в прошлое.

Мы видим Солнце не непосредственно, а Солнце 8-ми минутной давности. Мы видим Бетельгейзе 642 года назад. Андромеду 2,5 миллиона лет назад. И так можно продолжать далее, заглядывая дальше в пространстве и глубже в прошлое. Поскольку Вселенная расширяется, удалённые объекты раньше были ближе.

Если запустить часы в обратную сторону, и довести их до начала, то вы прибудете в место, бывшее горячее и плотное, чем сегодняшняя Вселенная. Оно было таким плотным, что вся Вселенная сразу после Большого взрыва представляла собой суп из протонов, нейтронов и электронов, которые ничто не удерживало вместе.

После того, как она немного расширилась и охладилась, её плотность и температура стали напоминать то, что происходит в центре звезды вроде нашего Солнца. Она стала достаточно холодной для того, чтобы начали появляться ионизированные атомы водорода.

Поскольку условия во Вселенной соответствовали тому, что происходит в ядре звезды, температуры и давления было достаточно для того, чтобы синтезировать из водорода гелий и другие, более тяжёлые элементы. На основании пропорций наличия элементов во Вселенной сегодня: 74% водорода, 25% гелия и 1% всякого разного, мы знаем, как долго Вселенная находилась в этом «звёздном» состоянии.

Это длилось около 17 минут. От 3 минут, прошедших с момента Большого взрыва, до 20 минут, прошедших с этого момента. И в эти мгновения клоуны собрали столько гелия, что должно хватить на целую жизнь преследования ими людей при помощи скрученных из шариков животных.

Процесс синтеза создаёт фотоны гамма-излучения. В ядре Солнца эти фотоны скачут от атома до атома, прорываются из ядра наружу, через испускающую зону Солнца, и в итоге вылетают в космос. Этот процесс может занять десятки тысяч лет. Но в ранней Вселенной этим изначальным фотонам гамма-излучения деваться было некуда. Повсюду располагалась горячая и плотная Вселенная.

Вселенная продолжала расширяться, и в итоге, всего через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва, она охладилась достаточно для того, чтобы эти атомы водорода и гелия начали притягивать свободные электроны и превращаться в нейтральные атомы.

Это и был момент появления первого света во Вселенной, между 240 000 и 300 000 годами после Большого взрыва, известный, как эпоха рекомбинации. Впервые фотоны могли немного передохнуть, будучи привязанными к атомам посредством электронов. В этот момент Вселенная превратилась из непрозрачной в прозрачную.

Это самый ранний свет, в принципе доступный астрономам для наблюдения. Давайте хором скажем: Космическое Микроволновое Фоновое Излучение [или реликтовое излучение – прим. перев.]. Поскольку Вселенная с тех пор расширяется уже 13,8 млрд лет, те самые первые фотоны растянулись, испытав красное смещение, и, пройдя ультрафиолет и видимую часть, перешли в микроволновую часть спектра.

Если бы мы могли видеть Вселенную микроволновыми глазами, этот первый взрыв излучения был бы виден в любом направлении. Вселенная празднует своё существование.

После первого взрыва света всё было тёмным, не было звёзд и галактик, только огромное количество изначальных элементов. В начале тёмных веков температура всей Вселенной составляла порядка 4000 К. Сравните это с сегодняшним показателем в 2,7 К. К концу тёмных веков, 150 млн лет спустя, температура опустилась до более разумных 60 К.

В последующие 850 млн лет эти элементы собрались в огромные звёзды из чистого водорода и гелия. Без более тяжёлых элементов могли формироваться звёзды, в десятки и даже сотни раз превышающие по массе наше Солнца. Это звёздное население III, первые звёзды, для наблюдения которых у нас пока нет достаточно мощных телескопов. Астрономы предполагают, что они сформировались спустя примерно 560 млн лет после Большого взрыва.

Затем первые звёзды взрывались как сверхновые, формировались более массивные звёзды, и также взрывались. Очень сложно представить, как всё это выглядело, когда звёзды взрывались будто фейерверки. Но мы знаем, что эти события были настолько частыми и настолько мощными, что они осветили всю Вселенную в эпоху реионизации. Большую часть Вселенной занимала горячая плазма.

Ранняя Вселенная была горячей и ужасной, и в ней не было достаточно тяжёлых элементов, на которых зиждется известная нам жизнь. Кислород нельзя получить без синтеза в звезде, даже в нескольких поколениях звёзд. Наша Солнечная система возникла в результате многих поколений сверхновых, взрывавшихся и засеивавших наш район космоса всё более тяжёлыми элементами.

Я уже упомянул, что Вселенная охладилась с 4000 К до 60 К. Но после примерно 10 млн лет с момента Большого взрыва температура Вселенной ещё составляла порядка 100 С, то есть температуру кипения воды. А ещё через 7 млн лет она охладилась до 0 С, температуры замерзания воды.

Что привело астрономов к мысли, что примерно 7 миллионов лет повсюду во Вселенной можно было найти жидкую воду. А на Земле, где бы мы ни нашли жидкую воду, там же встречается и жизнь.

Возможно, что примитивная жизнь могла сформироваться, когда Вселенной было всего 10 млн лет. Физик Ави Лёб [Avi Loeb] называет это время эпохой обитаемой Вселенной. Никаких доказательств этой возможности нет, но идея очень крутая.

Меня всегда поражает мысль, что вокруг нас в любом направлении существует первый свет, испущенный Вселенной. Ему потребовалось 13,8 млрд лет, чтобы дойти до нас, и хотя для его наблюдения нам нужны микроволновые глаза, он существует, и повсеместен.

История освещения: от костра до светодиодов и дальше

24.09.2018 16:40

 статья

В этой статье мы вкратце расскажем о том, почему людям необходимо искусственное освещение и как оно развивалось на пути от костров на стоянках первобытных людей до современных светодиодных систем.

Содержание

• • Костёр, а с ним и свет, и тепло

  • Пробуем электричество

  • Приветствуем газорязрядные лампы!

  • Появление светодиодов

  • Смотрим в будущее

Кому из людей не знаком страх темноты? Конечно, многие взрослые скажут: чего там бояться, темнота она и есть темнота. Но давайте попробуем вспомнить то время, когда мы были детьми: кровать с уютными подушкой и одеялом представлялась крошечным безопасным островком в море темноты. Шкаф становился проходом в неизведанное, пространство под кроватью – убежищем для монстров. Почему темнота оказывает такое влияние на большинство людей, откуда берётся страх перед ней и почему мы чем дальше, тем отчаянней нуждаемся в свете?

Некоторые исследователи полагают, что страх перед темнотой появился у людей ещё в древности как следствие жизненного опыта. Например, многие хищники ведут ночной образ жизни, а значит, вероятность быть съеденным ночью оказывается выше. К тому же наши органы чувств плохо приспособлены к условиям слабой освещённости: всё-таки человек – существо преимущественно дневное. Добавим к этому суточные ритмы, которые (если речь не идёт о привыкшем к ночному образу жизни, хотя и тут вопросов остаётся достаточно) изменяют биохимические процессы в организме, что приводит к снижению умственной активности и физических способностей. Картина получается тревожная: человек ночью весьма уязвим. Ну а где тревога – там и страх, который в современном городе кажется чем-то иррациональным, но поспорить с опытом тысяч прошлых поколений, запечатлённым в нашей ДНК, не так-то просто.

Поэтому современные города стали похожи на новогодние ёлки – в поле зрения людей постоянно находится как минимум один источник света, а чаще – намного больше. В отдельных случаях экологи даже используют понятие «светового загрязнения» для описания засветки, возникающей над крупными городами, что ещё раз подчёркивает вред от избыточного освещения.

Костёр, а с ним и свет, и тепло

Когда-то человеческие поселения были еле-еле освещены светом костров и факелов. Первым источником света для первых людей стал огонь. И дело пошло на лад: хищники остались в окружающей костёр темноте, а поселенцы вдобавок получили источник тепла для приготовления пищи.

Первый источник света для человека мог бы выглядеть примерно так

Вплоть до XIX века, когда широкое распространение начало получать освещение электрическое, человечество использовало практически одно горение как источник света. На этом пути были перепробованы различные варианты топлива и исполнения светильников: в разное время и в разных ситуациях люди пользовались лучинами, керосиновыми и масляными лампами, свечами, газовыми фонарями. Встречались и экзотические решения. Например, индейцы использовали для освещения своих хижин высушенную рыбу-свечу с пропущенным через неё фитилём – обилие в ней жира прекрасно поддерживает горение. Собственно, поэтому эта небольшая рыбка и получила в народе такое название (по-научному же она это эвлахон или тихоокеанский талеихт).

Пробуем электричество

С приходом эпохи электричества ситуация начала меняться. Первыми электрическими лампами, вопреки расхожему мнению, стали вовсе не лампы накаливания, а угольные дуговые источники света. В таком приборе источником света выступала электрическая дуга, образовывавшаяся между двумя угольными электродами. В конце XIX века такие лампы получили широкое распространение в качестве источников уличного освещения.

Свечи Яблочкова на Набережной Виктории в Лондоне, декабрь 1878 года

Кстати, одним из изобретателей, отличившихся на поприще электрического света, стал наш соотечественник Павел Николаевич Яблочков, разработавший простую и эффективную конструкцию угольной дуговой лампы, в дальнейшем и названной его именем – свечой Яблочкова. Однако, Павлу Николаевичу тоже не удалось преодолеть один из самых больших недостатков таких источников света – их маленький срок службы. Большинство образцов угольных дуговых ламп горели не больше 100 часов.

Поэтому в начале XX века повсеместно стали использоваться более долговечные лампы накаливания с нитями из тугоплавких металлов, которые до сих пор, по прошествии уже более чем ста лет, всё ещё остаются весьма популярными в силу своей дешевизны и неприхотливости. Хотя первые образцы, разработанные Томасом Эдисоном ещё в 70–80-х годах XIX века использовали угольное волокно и также имели ограниченный срок службы – около 40 часов, это не помешало им получить широкое распространение и иметь коммерческий успех. Ключевым фактором для них стало удобство использования и низкая цена – в течение первых пяти лет существования фабрики Эдисона по производству ламп их цена снизилась с 1 доллара 25 центов до 22 центов за штуку.

Современная лампа накаливания — со времён Эдисона внешне изменилось не так уж много

Приветствуем газорязрядные лампы!

Но о дуговых, или разрядных, источниках света никто не забыл. Ещё в 90-х годах XIX века Никола Тесла запатентовал систему освещения газоразрядными лампами, наполненными аргоном. Такая лампа требовала для своей работы источника тока высокого напряжения и высокой частоты. Кстати, далёкие потомки тех первых ламп используются и по сей день, наряду с криптоновыми, ксеноновыми, неоновыми и некоторыми другими.

В дальнейшем идея развивалась, появлялись металлогалогенные, натриевые лампы, большое распространение получили лампы ртутные – которые мы используем и сейчас. Хотя первые эксперименты с парами ртути в качестве внутренней среды газоразрядных ламп показали, что свет, отдаваемый таким источником, имеет довольно низкое качество – в видимой части его спектра преобладают синие и зелёные цвета. Более того, в нём велико количество ультрафиолета, для глаза невидимого, а в больших количествах вредного для живых организмов. На этом свойстве паров ртути, кстати, основаны бактерицидные и кварцевые лампы – в них используются специальные типы стёкол, которые в большей степени пропускают ультрафиолетовое излучение, чем привычное нам силикатное стекло.

Линейная люминесцентная лампа в светильнике типа ЛПО

В 1926 году группа немецких инженеров во главе с Эдмундом Гермером предложила покрывать внутреннюю поверхность ртутных ламп люминофором – веществом, которое способно поглощать ультрафиолет и переизлучать свет в видимом диапазоне. Так родилась люминесцентная лампа – она же лампа дневного света. Важным преимуществом газоразрядных ламп стала, была и остаётся более высокая эффективность по сравнению с лампами накаливания – их светоотдача может на порядок отличаться. А значит, меньше энергии становится теплом и больше – светом.

Появление светодиодов

Первые промышленно значимые светодиоды появились в 60-х годах XX века. На первых порах это были источники красного (реже – жёлто-зелёного) света, которые использовались в различных индикаторах. Эффективность их оставляла желать лучшего – всего 1-2 люмена на ватт, что было чуть ли не на порядок ниже традиционных ламп накаливания. 30 лет спустя, в середине 90-х годов, этот показатель составлял уже 30, а к концу тысячелетия – уже до 60 люменов на ватт.

Серьёзным препятствием для массового внедрения светодиодного освещения оставалась высокая стоимость, но по мере открытия новых полупроводниковых материалов и увеличения объёмов производства их цена снижалась. Хотя до сих пор светодиодные лампы обходятся дороже, чем сопоставимые им по световому потоку лампы накаливания, это с лихвой компенсируется существенно более низким энергопотреблением и на порядок большим сроком службы.

Современные промышленные LED-светильники выглядят в большинстве своём аналогично

Распространённым является мнение, что газоразрядные лампы в настоящее время сменяются на светодиодные источники в силу большей энергоэффективности последних. Это тоже не совсем правда. До недавнего времени световая отдача большинства светодиодных светильников была ничуть не выше их аналогов, например, с натриевыми лампами высокого давления. Основными критериями здесь стали срок службы – чем дольше не нужно менять лампочку, тем меньше средств тратится на сам процесс замены, безопасность с экологической точки зрения – поскольку паров ртути в них нет, утилизировать светодиодный источник света можно, как любой другой электронный прибор. Но с развитием технологии световая отдача у светодиодов будет только расти, а классические газоразрядные лампы уже достигли практического предела и дальнейшие фундаментальные исследования в этой области кажутся нецелесообразными. В настоящее время перспективные образцы светодиодов, находящиеся на стадии исследовательской работы, показывают светоотдачу на уровне 250 лм/вт.

Смотрим в будущее

Что же нас ждёт в будущем? В настоящее время ведутся разработки в области органических светодиодов (OLED), но пока срок службы и характеристики не позволяют использовать их в качестве источника света. В любом случае потенциал светодиодного освещения ещё далеко не исчерпан, а значит, в ближайшие годы нас ждёт постепенное развитие этого направления с увеличением энергоэффективности и уменьшением цены.

Одним из перспективных направлений в развитии светодиодных приборов выглядит использование люминофоров на основе квантовых точек. Квантовая точка – это полупроводник, расстояние между энергетическими уровнями электронов в котором зависит от его геометрии. При переходе от одного уровня к другому испускается фотон, а значит, меняя размер квантовой точки и, соответственно, расстояние между энергетическими уровнями, мы можем менять энергию фотона, а следовательно – и частоту излучения или цвет света. Эти и некоторые другие свойства позволяют говорить о превосходстве квантовых точек над традиционными люминофорами. В настоящее время производство квантовых точек возможно в промышленных масштабах. Некоторые компании уже представили конечные продукты, в том числе и лампы, на их основе.

Иоанна 12:46 Я пришел в мир как свет, чтобы всякий верующий в Меня не оставался во тьме.

Что делать, если во время вождения загорается стоп-сигнал

Каждый раз, когда вы едете и на приборной панели загорается индикатор , будь то индикатор проверки двигателя , сигнализатор давления масла или тормоз свет, это может немного нервировать. В конце концов, ваша машина сообщает, что что-то не так. Когда вы связываете слова «неправильно » с тормозами , вы, вероятно, чувствуете тревогу. Итак, когда этот индикатор загорается во время движения, означает ли это, что ваши тормоза полностью отказали? Маловероятно, но это предупреждение о том, что пора проверить тормоза. Узнайте, почему загорается стоп-сигнал, и как это исправить.

При нажатии на педаль тормоза в автомобиле создается усилие, которое передается на тормоза с помощью тормозной жидкости . Тормозам требуется значительное усилие, чтобы остановить ваш 3000-фунтовый автомобиль, поэтому сила, создаваемая действием нажатия на педаль тормоза, многократно увеличивается. Используя трение и сопротивление, тормоза забирают движущую энергию и создают тепловую энергию с помощью гидравлической силы. Гидравлическая жидкость движется по тормозным магистралям, создавая давление, необходимое для того, чтобы заставить тормозные колодки или колодки давить на роторы или барабаны, чтобы остановить или замедлить транспортное средство.

Тормоза являются неотъемлемой частью системы безопасности вашего автомобиля, поэтому необходимо поддерживать их в рабочем состоянии. Почему во время движения горит стоп-сигнал ? Когда загорается стоп-сигнал, ваш автомобиль сообщает вам, что либо в вашем автомобиле заканчивается тормозная жидкость, либо активирован аварийный тормоз, есть проблема в блоке ABS или есть проблема с датчиками.

Тормозная жидкость – Внутри главного тормозного цилиндра находится датчик, который оценивает количество жидкости в системе. Когда уровень падает ниже определенной точки, датчик активирует стоп-сигнал, чтобы вы знали Тормозная система требует внимания .

Стояночный тормоз — Ваша коробка передач поблагодарит вас за использование стояночного тормоза всякий раз, когда ваш автомобиль находится в парке, но если оставить его во включенном положении во время движения, загорится стоп-сигнал и, возможно, будет отправлено звуковое предупреждение. Большинство автомобилей имеют датчик, который подтверждает, включен стояночный тормоз или нет. Если стояночный тормоз все еще активирован, датчик загорится стоп-сигналом, чтобы уведомить вас о том, что он все еще включен. Несмотря на то, что это кажется безобидным, вождение с включенным стояночным тормозом на самом деле может нанести серьезный ущерб вашим тормозам из-за нарушения тормозной жидкости, перегрева тормозов и износа накладок тормозных колодок или колодок, что потребует замены.

Неисправность ABS — Независимо от того, есть ли у вашего автомобиля индикатор ABS или нет, проблемы в системе ABS могут привести к срабатыванию стоп-сигнала. Если вы убедились, что бачок с тормозной жидкостью заполнен, а стояночный тормоз не включен, эксперту по тормозам потребуется доступ к компьютеру автомобиля, чтобы прочитать сгенерированные коды для надлежащего ремонта.

Неисправные датчики — Датчики, расположенные в главном тормозном цилиндре, измеряющие тормозную жидкость или стояночный тормоз 9Датчик 0311 может выйти из строя, что приведет к включению стоп-сигнала. Специалист по ремонту тормозов должен быть в состоянии определить датчик, из-за которого загорелась лампочка, и заменить его.

Если вы едете и загорается стоп-сигнал. Не паникуйте. Найдите место, где можно безопасно остановиться, и выключите двигатель. Через несколько минут проверьте уровень тормозной жидкости и долейте ее, если уровень покажется низким. Перезапустите автомобиль и проверьте, не погас ли свет. Если это так, вы можете перейти к месту назначения. Если уровень тормозной жидкости в норме, а индикатор не погас, немедленно обратитесь за помощью к специалисту по автомобильной технике. Из соображений безопасности вам следует воздержаться от вождения автомобиля и вызвать эвакуатор, чтобы забрать ваш автомобиль и доставить его в ближайший автосервис.

Ваши тормоза — это единственное, что отделяет вас от безопасности на дороге. Каждый раз, когда у вашего автомобиля возникают проблемы с тормозами, вам следует немедленно обратиться за помощью к специалисту по тормозам.