創造の光：光の過去、現在、未来は私たちにどのような洞察をもたらすのでしょうか？

光はとても普通ですが、とてもユニークです。それはどこにでもあるのに、人々はその存在を感じることすらできない。それが消えて初めて、それがどれほど貴重であるかに気づくのです。昼間は世界は光で満たされ、夜は月明かり、星明かり、ランプの明かりがあります。しっかりと覆われた暗い箱の中でのみ、光は失われます。光のないその世界では、すべてが消えてしまったかのようでした。

科学が登場する以前は、光がどこから来てどこへ行くのかについて考えたり探究したりする人は誰もいませんでした。光は過去も未来もなく、常に存在していたかのようでした。光に対する人々の理解が深まるにつれ、光には実に多くの素晴らしい個性があることがわかってきます。

ある意味、私たちが知っている世界を創造したのは光であり、最終的には世界の破壊とともに消えてしまうのです。さて、光の過去、現在、未来について、そしてそれが私たちにどんな啓示をもたらすのかについて学びましょう。

創造の光/

科学界が認める標準的な宇宙論モデルによれば、138億年前にビッグバンが発生し、真空の量子ゆらぎに非対称の特異点が現れ、その特異点が爆発して宇宙が誕生したとされている。ビッグバンのプランク時間、つまり1000億兆兆兆分の1秒（10^-43秒）より前は、宇宙の温度は無限に高く、密度は無限に大きく、体積は無限に小さかった。それは人間の物理法則では理解できない世界でした。

プランク時間後の人類の宇宙に対する理解、あるいは将来起こり得る理解は、宇宙がプランクスケール、つまり1000億分の1メートル（1.6*10^-35メートル）まで膨張しているというものである。温度はプランク温度、つまり1000兆兆兆K（10^32K）まで下がります。そして密度は 1 立方センチメートルあたり 1000 兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆グラム (10^94 グラム/cm^3) まで低下しました。

プランク時間の後、世界を支配することが知られている4つの基本的な力が次々と現れ始め、宇宙が冷え続けるにつれて亜原子粒子も次々と現れました。しかし、かなりの期間、宇宙は高温高密度の状態のままであり、電磁放射、つまり光の集合体は依然として逃げることができなかった。したがって、当時の宇宙は暗く不透明でした。

それから38万年後、宇宙の温度は3000Kまで下がり、電磁放射が分離し、宇宙が最初の光線を放射するようになりました。それ以来、宇宙は透明になり始め、長い間粒子スープの中に漂っていた電子、陽子、中性子が最も単純な原子を合成し始め、実際の物質が現れ始めました。

したがって、光の出現によって、現在人類が観測できる世界が生まれたといえる。理論的には、光は物質がエネルギーに変換されたことの現れであり、今日のすべての物質はビッグバンのエネルギーから変換されたものです。

光が色彩豊かな世界を形作る/

本質的に、光は電磁放射であり、宇宙エネルギーの伝播の一形態です。私たちが通常言及する光は可視光です。可視光は人間の目が知覚できる光であり、電磁放射の非常に小さな断片です。電磁波の波長はアトメートルレベル（10^-18メートル）からキロメートルレベルまでの範囲ですが、そのうち可視光は380ナノメートルから760ナノメートルの狭い範囲を占めるだけです。

可視光帯域の前後には、数キロメートルから1ミリメートルまでの最も波長の長い電波（長波、中波、短波、マイクロ波など）があります。波長が 760 ナノメートルから 1 ミリメートルまでの赤外線もあります。可視光線よりも波長が短い電磁放射線には、紫外線、X 線、ガンマ線が含まれます。それぞれ波長が短く、ガンマ線の最短波長は 0.1 ナノメートル未満で、気圧レベルまで、あるいはそれよりも短くなります。

これらの電磁放射は、伝播媒体が光子であるため、すべて光と呼ぶことができます。ただ、人間は可視光線以外の電磁放射線を見ることができません。これらの目に見えない低エネルギー光と高エネルギー光を不可視光と呼ぶことができます。人間の目は可視光線以外の電磁放射線を見ることはできませんが、オシロスコープ、電磁放射線測定器、電波望遠鏡、X 線装置などのさまざまな現代の科学機器や装置を通じて、これらの目に見えない光を受け取ったり「見たり」することは可能です。

古代から現代に至るまで、人類はこれらの光に頼って世界を知覚し、「見る」ことに努めてきました。これは、可視光が地球上の生命の成長と生存にとって最も基本的な条件であり、人間や多くの動物は地球の環境に適応するために可視光に敏感な視覚システムを進化させてきたためです。

太陽光などの可視光は、白く見えるか、無色透明に見えます。実際、太陽光は無色ではなく、複合色です。この合成光は赤から紫へと徐々に変化し、無数の色の違いに分けることができます。一般的には、赤、オレンジ、黄、緑、青、藍、紫の 7 つの色に分類されます。それぞれの色の波長は異なります。

その中で、赤色光の波長は最も長く、およそ 625 ～ 760 ナノメートルです。オレンジ色の光の波長範囲は約 590 ～ 625 ナノメートル、黄色の光の波長範囲は約 570 ～ 585 ナノメートル、緑色の光の波長範囲は約 492 ～ 577 ナノメートル、藍色の光の波長範囲は約 420 ～ 440 ナノメートル、青色の光の波長範囲は約 440 ～ 475 ナノメートルです。紫色の光は最も波長が短く、およそ 380 ～ 440 ナノメートルです。

世の中のあらゆるものは本来無色ですが、物体によって光の吸収率や反射率は異なります。吸収されたスペクトルは人間の目には見えず、見えるのは物体によって反射された光だけです。このように、人々が見る世界はさまざまな色で現れます。したがって、色彩豊かな世界を作り出すのは、光の色、異なる波長の光に対する物体の異なる吸収率と反射率、あるいは人間の目が物体を見る異なる角度です。

葉が緑色に見えるのは、葉が太陽光の他の色の光をより多く吸収し、より多くの緑色を反射するためです。私たちが赤い物体を見るのは、これらの物体が赤以外の色の光をより多く吸収し、より多くの赤を反射するからです。白い布や白い雪などの白い物体は、ほとんど光を吸収せず、可視光線の全帯域で光を反射します。

光には波長と周波数があり、周波数は波長に反比例します。つまり、波長が長くなるほど、周波数は低くなります。波長が短いほど、周波数は高くなります。光波のエネルギーは波長に反比例し、周波数に正比例します。波長が短く、周波数が高くなるほど、光エネルギーは大きくなります。したがって、紫外線、X 線、ガンマ線など、可視光線よりも周波数の高い光はより致命的であり、それぞれが他の光よりも強力であり、生物を傷つけたり、殺したりする可能性があります。

人間はさまざまな波長と周波数の光を利用して利益を求め、害を避け、人類の利益のために世界を変えています。

光の速度は人間が世界を理解するための基本的なツールです。

ガリレオが実験科学を確立する前、人々は光の速度について漠然とした理解しか持っていませんでした。主流の専門家は一般的に、光の速度は無限であると信じていました。光源があれば、その光は瞬時に対象を照らし、瞬時に世界を太陽光が満たします。この認識は実は全く驚くべきことではありません。なぜなら、光の速度はあまりにも速く、当時の科学技術と肉眼では光の速度を区別することは不可能だからです。

偉大な科学者ガリレオは、しばしば驚くべき実験を行った。彼はピサの斜塔から、大きい鉄球と小さい鉄球を同時に 2 つ落とし、それらが同時に着地するかどうかを確かめました。そこから彼は自由落下の法則を導き出しました。ガリレオは光には速度があると信じ、その速さを測定しようとしたことがあります。

彼と助手たちは1マイル離れた2つの丘の上に立ち、ランタンを信号として使い、2つの丘の間を移動する光の速度を計算しようとした。彼は光の速度を過小評価し、そのためこのような単純な方法を選んだため、実験は失敗に終わった。毎秒約 30 万キロメートルの光の速度を、どうやって 1 マイル以内で目で確認できるのでしょうか?

しかし、ガリレオの実験は、光の速度を測定するためのさまざまな機器や装置の設計と製造に知恵を絞った何世代もの科学者に影響を与えました。粗いものから細かいものまで、光の速さが徐々に明らかになりました。光速度の正確な値は、1970 年代にレーザー干渉法という科学的手法を用いてようやく決定されました。

その後、国際度量衡委員会はメートルの長さを改訂し、光の速度を使用して「メートル」の長さを決定しました。これにより、長さの単位と光の速度が相互に確認され、最終的に光の速度の整数値、つまり真空中の光の速度 c = 299792458 メートル/秒が得られました。

それ以来、光速度 c は現代物理学における基本定数となり、科学技術のほぼすべての分野に関係しています。過去数百年にわたって光の速度に関する理解がますます正確になったことにより、人類の宇宙に対する理解もますます正確になりました。宇宙観測において、光の速度は宇宙の物差し、つまり遠くの天体の距離を測る単位となっています。

それは光年です。光が 1 秒間に進む距離は 299,792,458 メートル、1 時間は 3,600 秒、1 日は 24 時間、ユリウス暦は 365.25 日なので、1 年は 31,557,600 秒になります。光がユリウス年に移動する距離は94,607,304,725,808メートル、つまり約9兆4600億キロメートルで、光年のスケールに相当します。

光には速度があり、人間の目が見る世界のすべてのものは光が網膜に伝わることに依存しているため、物体が近いほど、人間の目に到達するのにかかる時間は短くなります。逆に言えば、物体が遠いほど、人間の目に届くまでの時間は長くなります。このように、人間が見るすべての物体は、現在の姿ではなく、「過去」の姿なのです。

たとえば、1 メートルの距離にある物体が網膜に到達するまでに 299,792,458 分の 1 秒かかります。つまり、私たちが見ている物体は 299,792,458 分の 1 秒前に見えたものと同じになります。同様に、1キロメートル離れた物体は、299,792.458分の1秒前のように見えています。月は私たちから約 384,000 キロメートル離れており、光の速度は毎秒約 300,000 キロメートルなので、私たちが見ている月は 1 秒以上前の姿になります。

非常に近い物体の場合、目に届くまでの時間は非常に短いため、通常は無視され、瞬間視力とみなされます。しかし、非常に遠くにある物体の場合、人間の目に届くまでにかなりの時間がかかり、遅延が発生します。

たとえば、太陽は地球から 1 億 5000 万キロメートル離れており、太陽から放射される光が地球に伝わるまでには 8 分以上かかります。したがって、私たちに降り注ぐ太陽光は、常に 8 分以上前に太陽から発せられた光です。そして、私たちから 1 光年または 1 億光年離れた星や銀河では、私たちが見ているものは、常に 1 光年前または 1 億年前と同じになります。

光は創造の時に生まれましたが、やがて消えてしまうのでしょうか？

光は物質がエネルギーに変換されることの現れであると同時に、エネルギーを伝達する媒体でもあります。したがって、光がなければエネルギーは存在しないと言えます。宇宙のあらゆるものは維持するためにエネルギーを必要とします。エネルギーがなければ、すべては滅びます。地球上の生命には、すべてのものが太陽の助けによって成長するという言い伝えがあります。太陽がなければ、地球上のすべての生命は消滅します。

まず、太陽光放射がなければ、地球は氷点下200度以上の氷の球となり、すべてが凍り付いてしまいます。凍結する前に、成長するために光合成に依存するすべての植物は死に、生存のために植物に依存する草食動物は絶滅します。すると、草食動物の肉を食べて生き延びてきた肉食動物も死に、最終的には微生物までもが死に、地球上の生命は絶滅してしまうでしょう。

生命は十分な光がなければ生き残ることができませんし、光が多すぎても生き残ることはできません。数十億年にわたる進化を経て、地球上の生命は太陽の可視光線に適応し、植物や動物が繁栄できるようになりました。しかし、宇宙や太陽は可視光線だけでなく、生命の敵である紫外線、X線、ガンマ線、高エネルギー宇宙線も放射しています。

いくつかの研究では、4億4500万年前のオルドビス紀の大量絶滅はガンマ線バーストの衝撃によって引き起こされたと考えられています。地球から6,000光年離れた2つの中性子星の衝突により、超新星爆発といくつかのガンマ線バーストが発生し、そのうちの1つが偶然地球を襲い、食物連鎖が崩壊した。 40万年以上にわたる絶滅災害の後、種の85％が姿を消しました。

現在、地球には太陽風、紫外線、宇宙線が刻々と降り注いでいますが、地球には2層の防御装甲があります。1つは地磁気で、太陽からの強い太陽風を遠くまで導きます。もう 1 つは大気、特にオゾン層で、太陽からの紫外線とほとんどの宇宙線を遮断し、フィルタリングします。

では、光が無から創造されたら、未来も消えてしまうのでしょうか？答えはイエスです。現代科学による宇宙の説明によれば、宇宙と時間は相対的であり、始まりと終わりがあり、したがって最終的には消滅します。しかし、この時間は非常に長く、人間がそれを見ることは不可能なほど長いのです。

宇宙の運命については、熱死説、大崩壊説、大裂け説など、さまざまな憶測が飛び交っています。これは長い話なので、興味のある方は、過去に Space-Time Communications に掲載された関連記事をご覧ください。ここでは詳細には触れません。しかし、どんな消滅であっても、時間と空間は最終的には消えて無に戻ります。光も例外ではありません。これについてどう思いますか？議論やコメントを歓迎します。

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