Šepot fotónov
Jedna z najslávnejších viet v Biblii je hneď na začiatku, z hľadiska stvorenia. Tam je popísaný vznik prvého dňa. "A Boh povedal: Buď svetlo! A bolo svetlo. ““
Kozmológovia teraz vedia: Po Veľkom tresku muselo uplynúť 300 000 rokov, kým svetlo mohlo otriasť puto hmoty. Až potom poklesla teplota vesmíru tak ďaleko, že atómové jadrá umiestnili na vodítku dovtedy neskrotné elektróny. Teraz sa vesmír stal priehľadným - a svetlo mohlo nerušene pretekať cez mladý vesmír.
Dodnes slabý dosvit stupňa ohnivej gule zaplavuje miestnosť: Keďže „žiarenie kozmického pozadia“, nehmotné svetelné častice, ktoré Albert Einstein nazýval „fotónmi“, šepkajú astrofyzikom príbehy o pôvode vesmíru - ako ozvena veľkého tresku. Vedci teraz tiež vedia o zrode prvého svetla, možno pred 15 miliardami rokov. Bol vytvorený teplom Veľkého tresku a žiarením hmoty a antihmoty v prvých sekundách vesmíru. Dokonca možno odhadnúť aj počet fotónov v pozorovateľnom vesmíre: okolo 1089 - miliardkrát viac ako počet atómov.
Svetlo sa stále znovu rodí: prostredníctvom jadrovej fúzie vo vnútri hviezd pri 10 až 150 miliónoch stupňov. Odtiaľ nemôže vyletieť priamočiaro, ale - rovnako ako v mladom vesmíre - je neustále rozptýlený víriacimi elektrónmi a atómovými jadrami. Musí sa teda prebojovať do vesmíru kľukatým kurzom trvajúcim tisíce rokov. Svetlu z povrchu nášho slnka na zem stačí iba osem minút. Keď sa opaľujete, každú sekundu sa na každom štvorcovom centimetri kože potrhá desať biliónov fotónov.
Ostatné častice slnečného vetra, hlavne elektróny a protóny, cestujú 20 až 50 hodín. Pozemské magnetické pole ich vo veľkej miere tieni - niekedy však niektoré z nich kolidujú s atmosférou. Potom poskytujú zúrivé severné svetlá - najmä vo vysokých severných a južných šírkach. Ich modrá a fialová farba vzniká excitáciou atómov dusíka vo vzduchu, zelená pochádza z kyslíka. Polárne svetlá boli pozorované aj na planétach Jupiter a Saturn.
Nemohli by sme existovať bez slnečného žiarenia. Takmer všetok život na Zemi na ňom priamo alebo nepriamo závisí. „Život je utkaný zo vzduchu pomocou svetla,“ povedal poeticky v 19. storočí fyziológ Jacob Moleshitt. Myslel na fotosyntézu, pri ktorej sa slnečná energia využíva na tvorbu vysokoenergetických sacharidov. Rastliny, riasy a niektoré baktérie sa doslova živia slnečným žiarením, ktoré zachytávajú pomocou svetlocitlivých molekúl antény: sú požierači svetla.
Ale svetlo prenáša nielen energiu, ale je aj zdrojom informácií. Napríklad podáva správy o látke, z ktorej pochádza. Každý chemický prvok zanecháva charakteristický odtlačok prsta v spektre emitovaného svetla.
Spektrálna analýza sa už dlho etablovala ako dôležitá metóda identifikácie a skúmania atómov a molekúl. Napríklad tmavožltá farba plameňa označuje atómy sodíka - napríklad keď niekoľko zŕn kuchynskej soli (chlorid sodný) spadne do plameňa plynového sporáka.
Svetlo však vzniká nielen spálením hmoty pri vysokých teplotách. Príroda tiež vytvára chladnejšie svetelné úkazy. Napríklad fluorescencia: niektoré atómy alebo molekuly pohlcujú energiu, čím sa dostávajú do excitovaného stavu a túto energiu uvoľňujú ako svetlo v milióntine sekundy. Na tomto princípe sú založené napríklad televízne obrazovky a žiarivky. Chemické prísady v detergentoch fluoreskujú modro v ultrafialovom dennom svetle; táto modrá zvyšuje žltú farbu zvyškov vápna a vedie k „žiarivej bielej“.
Fosforescencia na druhej strane nastáva, keď sa elektróny látok, ako je sulfid zinočnatý dopovaný meďou, privedú do trvalého vysokoenergetického stavu svetlom. Takéto „ľahké batérie“ môžu uvoľňovať svetlo niekoľko minút až týždňov, v závislosti od látky a teploty. Nájdeme ich napríklad na ciferníkoch hodín a nedávno tiež vo fluorescenčných tyčinkách bez batérií.
Fenomén svetla nazývaný sonoluminiscencia je stále záhadou. Môže byť generovaný vysokofrekvenčnými zviazanými zvukovými vlnami v kvapalinách. Úžasne sa toto svetlo vyskytuje v zábleskoch, ktoré sú miliónkrát kratšie, ako by sa dalo očakávať na základe štruktúry zvuku.
Živé veci môžu tiež generovať svetlo chladným spôsobom - proces známy ako bioluminiscencia. Vyžaduje energiu a katalytickú aktivitu špeciálnych enzýmov, luciferáz. Oxidujú určité zlúčeniny uhlíka, luciferíny, a vytvárajú modrastú alebo zelenú žiaru. Niektoré druhy hmyzu a rýb majú svoje vlastné svetelné bunky, ktoré sú často lemované reflexnými kryštálmi. Biologická žiara žiari z týchto buniek kožou zvierat. Môžu medzi sebou komunikovať alebo priťahovať výživné zvieratá.
Kôrovce a chobotnice v hlbokom mori ukladajú svoje luciferíny a luciferázy do samostatných žliaz pod kožou. V prípade nebezpečenstva otvárajú žľazy a vyháňajú do vody svetelné mraky, ktoré mätú predátorov.
Početné červy, hviezdice, duté zvieratá a mäkkýše, ako aj niektoré ryby vstúpili do symbiózy s baktériami, ktoré ich zbavujú ľahkej práce. Niektoré luminiscenčné baktérie, ako napríklad Vibrio balticum a Bacterium fosforescens, žijú samy vo vode a v určitých obdobiach vytvárajú romantický morský lesk. Iní prosperujú z mŕtveho mäsa alebo tlejúceho dreva a dodávajú mu strašidelný lesk.
Ľudia sa naučili používať bioluminiscenciu ako zdroj informácií. Gény luciferázy, ktoré boli prepašované do baktérií a spojené so špeciálnymi „vnímacími molekulami“, môžu byť použité ako biologické meracie prístroje: Môžu napríklad hlásiť toxíny vo vode.
Aj v prírode má bioluminiscencia často signalizačnú funkciu. Napríklad je v službách hľadania partnera. Svetlice sa v teplých júnových nociach lesknú v návale lásky: mužský hmyz tancuje vzduchom, zatiaľ čo samice známe ako červy alebo svätojánske červy sa očakávajú v tráve a koketujú späť so žiarivými rumpami.
U niektorých mužov rodu Photinus sa však tanec lásky končí fatálne. Pretože ženy z rodu svetlušiek Photuris napodobňujú flirtovacie signály dám z Photinus - a rady jedia podvedených mužov Photinus.