Kiek Visatoje šviesos? Paskaičiuokim

Žinoma, iš pradžių derėtų apsibrėžti, kas, kalbant apie  šviesą Visatoje, yra "kiek" ir kas yra "daug". Vienas iš būdų – šviesą skaičiuoti fotonais. Jei kada nors knietėjo sužinoti, kas toks yra fotonas, sužinokite: tai – šviesos dalelė. "Dalelė" šiuo atveju reiškia fundamentalųjį šviesos kiekio vienetą arba, kad skambėtų šauniau, kvantą.

Šviesą sudaro fotonai. Tačiau jie sudaro ne tik šviesą. Fotonai sudaro ir radijo bangas. Teisingai – ir rentgeno spindulius. Bet fotonai sudaro iš šviesą. Tad jei aplink jus šią akimirką yra šviesu – jūs skendite fotonuose. O kaip tik jų srautas šią akimirką bombarduoja jūsų akių obuolius.

Taigi, jei yra šviesos – yra ir labai daug fotonų. O jei yra tik vienas fotonas? Vienas fotonas ir yra vienas fotonas. Jo nepadalinsi ir nepadauginsi. Ir nepradanginsi. Pastaroji aplinkybė labai įdomi: jei fotonams niekas netrukdytų, jie gyvuotų amžinai. Ši pastaba bus ypač svarbi kitame šios istorijos skyriuje.

Grįžkim prie to, kad fotonai gali būti šviesos kiekio Visatoje matavimo įrankis. Vadinasi, suskaičiuoji visus Visatos fotonus ir žinai, kiek Visatoje yra šviesos. O fotonus suskaičiuoti įmanoma, nes mes žinome, kad kiek energijos glūdi viename fotone. Tad lieka tik sudėti visas tas energijas į viena.

Tai ir pradėkim. 1, 2, 3… Ir jau ima aiškėti, kodėl šis šviesos kiekio skaičiavimo metodas neefektyvus.

Milijardų milijardai

Ką gi. Gal tuomet reiktų pradėti nuo ko nors kasdieniškesnio? Pavyzdžiui, į mūsų šviestuvus galbūt netrukus sugrįšiančios modifikuotos kaitrinės lemputės? Gal ji ir atrodo visai nekaltai, tačiau iš tikrųjų tai yra tikras šviesos monstras – jis išspinduliuoja apie 10²⁰ fotonų per sekundę.

Tiesa, o ar kalbėjom apie tai, kad vienas fotonas – tai ne kažin kiek šviesos? Nekalbėjom? Na, tuomet pats laikas. Tai yra tiesa, nes fotonai yra maži.

Jei į vieną krūvą sudėtume visas Visatoje esančias lemputes, turėtų būti gana šviesu. Bet gal to nedarykim – juk lemputes labai lengvai nustelbia kiti šviesos šaltiniai. Pavyzdžiui, saulė. Tam tikra prasme, saulė yra gigantiška lemputė. Nors ji nėra prijungta prie elektros tinklo, vis dėlto ji išspinduliuoja neįtikėtinus kiekius fotonų. Galų gale, koks skirtumas skaičiuojant fotonus, prijungtas šviesos šaltinis prie elektros tinklo ar neprijungtas?

Jei manote, kad lempos šviesa yra labai ryški ir intensyvi, jūs, švelniai tariant, siaubingai apsirinkate. Nes saulė be vargo išsviedžia po 10⁴⁵ fotonų per sekundę. Ir taip dienų dienas, metų metus, milijardus metų. Galite įsivaizduoti, kiek tai fotonų? Vargu bau.

Vis dėlto viena lempute ar viena saule neapsiribosime. Juk Visatoje ir vieno, ir kito yra gerokai daugiau. Štai vien mūsiškėje Paukščių Tako galaktikoje tų saulių yra keli šimtai milijardų. O Visatoje galaktikų yra šimtai milijardų. Regimojoje Visatoje. O jei dar yra ir kitų visatų? Bet jas šįkart palikime ramybėje. Jų juk nematome. Apsiribokime tik mūsiške Visata. Taip bus paprasčiau.

Milijardas šen ar milijardas ten, bet Visatoje vieną sekundę turėtų būti apie 10⁶⁰ fotonų. Tik nereikia pamiršti, kad fotonai sukuriami ir sunaikinami kiekvieną mielą akimirką. Tad jų skaičius toli gražu nėra nuolatinis.

Visatos gelmės – įsižiūrėkime į jas aidžiau atidžiau

Tačiau Visatoje šviesos yra gerokai daugiau nei danguje žvaigždžių. Juk yra dar ir ūkai, didžiuliai molekuliniai debesys, supernovos, pulsarai, aktyvieji galaktikų branduoliai su juose tūnančiomis supermasyviomis juodosiomis bedugnėmis. Visi šie kosminiai objektai ne tik ryja, bet ir išspinduliuoja fotonus.

Jei šie objektai būtų taip arti Žemės, kad juos būtų galima matyti plika akimi, tada juos vadintume šviesos šaltiniai. Tačiau jau nemenką gabaliuką laiko egzistuojanti Visata yra gerokai didesnė – net ir už galaktiką, kurioje sukasi gimtoji mūsų Žemė. Ir tose Visatos gelmėse vyksta galybė visko – mokslininkai nė iš tolo nespėjo visko surikiuoti ar net sužinoti. Tad, jei taip galima pasakyti, egzistuoja ir savotiškas... užgalaktinis šviesos fonas?

Nors viskas, ką jau minėjome šiame rašinyje, yra beprotiškai daug šviesos, vis dėlto žvaigždės, galaktikos ir supernovos su savo fotonais yra niekis – lašas jūroje. Nuo seno – nuo labai seno, t.y., nuo paties seniausio – šviesiausias dalykas Visatoje ir kone visų Visatos fotonų šaltinis yra... foninė kosminių mikrobangų spinduliuotė.

Nors ji nematoma, ji sklinda iš kosmoso. Tai – mikrobangų spinduliai. Jų yra daugiausia. Ir taip – tai yra šviesiausias dalykas Visatoje. Šviesesnis už bet ką, ką tik yra tekę matyti. Ši mūsų akims nematoma šviesa srūva kiekviename kubiniame kosmoso centimetre – įskaitant ir Žemę! Jei mūsų akys fiksuotų mikrobangų spindulius, mes matytume, kad visas pasaulis iš visų pusių ir visur skendi nesibaigiančioje šviesoje, nuo kurios niekur nepasislėpsi.

Ši šviesa gimė praėjus tik 300 mln. metų po Visatos gimimo, kai ji pagaliau pakankamai atvėso ir iš karštos plazmos virto vėsių neutralių dujų telkiniais. Plazmos būsenoje fotonai egzistuoja neilgai – galima sakyti, jie vos gimę įsirėžia į gretimą dalelę. O štai neutralių dujų būsenoje fotonai tampa laisvi ir skrieja sau niekieno netrukdomi. Jei niekas netrukdytų, jie skrietų ir šviestų amžinai. Pamenate, apie tai jau kalbėjome.

Tačiau grįžkime į foninės mikrobangų spinduliuotės gimimo laikus. Iš pradžių toji spinduliuotė buvo tokia pat karšta kaip ir jos šaltinis, todėl tai buvo ne mikrobangų, o gama spinduliai. Tačiau Visata sensta, plečiasi ir vėsta. Per beveik 14 mlrd. metų Visata išsiplėtė tiek, kad pirmapradė šviesa atvėso nuo gama iki mikrobangų spindulių.

Vėėėsu, ką? Vėsoka.

Gerai, pamiršome paklausti vieno dalyko. Kiek gi fotonų išspinduliuoja tas kosminis mikrobangų fonas? Ogi apie 10⁹⁰. Tas vienas momentas, viena transformacijos epocha išspinduliavo daugiau fotonų negu kuri nors žvaigždė pajėgtų išspinduliuoti per 13 mlrd. metų.

Kad vaizdas atrodytų išbaigtesnis (bet nebūtinai suvokiamesnis), kiekvienam žvaigždės išspinduliuotam fotonui Visatoje rastume po 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 fotonų, išspinduliuotų kosminių mikrobangų fono. Gal vienos ar kitos nulių kekės ir trūksta, bet ar pajustume skirtumą?

Štai tiek Visatoje yra šviesos. Ar pasidarė šviesiau? Turbūt ne, nes šviesiau... Šviesiau būti tiesiog negali. Na ir kas, kad visos tos šviesos nematome. Gal net ir gerai, kad nematome. Juk pamačius...