A fotonok suttogása
A Biblia egyik leghíresebb mondata már az elején, a teremtés beszámolójában található. Ott írják le az első nap létrehozását. „És Isten azt mondta: Legyen világosság! És fény volt. "
A kozmológusok most már tudják: az Nagy Bumm után 300 000 évnek kellett eltelnie, mire a fény lerázhatja az anyag bilincsét. Csak akkor csökkent az univerzum hőmérséklete annyira, hogy az atommagok pórázra tették a korábban megszelídített elektronokat. Most az univerzum átlátszóvá vált - és a fény akadálytalanul száguldozhatott a fiatal kozmoszban.
A tűzgömb színpadának halvány utánvilágítása a mai napig elárasztja a termet: „kozmikus háttérsugárzásként” az Albert Einstein által „fotonnak” titulált tömeg nélküli fényrészecskék suttogják az asztrofizikusoknak az univerzum létrehozásának történeteit - az ősrobbanás visszhangjaként. A kutatók most már tudnak az első fény születéséről is, talán 15 milliárd évvel ezelőtt. Az Ősrobbanás hője, valamint az anyag és az antianyag sugárzása hozta létre a kozmosz első másodperceiben. Még a fotonok száma is megbecsülhető a megfigyelhető univerzumban: körülbelül 1089 - milliárdszor több, mint az atomok száma.
A fény még mindig újjászületik: a csillagok belsejében 10-150 millió fokos magfúzióval. Innen azonban nem tud egyenes vonalban kirepülni, de - mint a fiatal univerzumban - folyamatosan kavargó elektronok és atommagok vonják el. Tehát egy cikk-cakk pályán kell harcba szállnia az űrbe, több ezer évig. A napunk felszínétől a földig tartó fénynek csak nyolc percre van szüksége. Napozáskor másodpercenként tíz billió foton pattog a bőr minden négyzetcentiméterén.
A napszél egyéb részecskéi, főleg elektronok és protonok, 20-50 órán át haladnak. A földi mágneses mező nagy mértékben árnyékolja őket - de néha néhányuk ütközik a légkörrel. Ezután dühös északi fényeket biztosítanak - különösen a magas északi és déli szélességeken. Kék és lila színüket a levegőben lévő nitrogénatomok gerjesztése hozza létre, a zöld oxigénből származik. Sarki fényeket figyeltek meg a Jupiter és a Szaturnusz bolygókon is.
Nem létezhetnénk napfény nélkül. A földi élet szinte minden élete közvetlenül vagy közvetve attól függ. "Az életet a levegőből fény segítségével szőik ki" - mondta poétikusan a 19. században Jacob Moleshitt fiziológus. A fotoszintézisre gondolt, amelyben a napenergiát magas energiájú szénhidrátok előállítására használják fel. A növények, algák és néhány baktérium szó szerint napfénnyel táplálkozik, amelyet fényérzékeny antennamolekulák segítségével ragadnak meg: Fényevők.
De a fény nemcsak energiát továbbít, hanem információforrás is. Például beszámol arról az ügyről, amelyből származik. Minden kémiai elem jellegzetes ujjlenyomatot hagy a kibocsátott fény spektrumában.
A spektrális elemzés már régóta fontos módszer az atomok és molekulák azonosítására és vizsgálatára. Például a láng sötét sárga színe nátrium atomokat jelez - például, ha néhány szem étkezési só (nátrium-klorid) beleesik a gáztűzhely lángjába.
A fényt azonban nemcsak az anyag magas hőmérsékleten történő elégetése hozza létre. A természet hűvösebb fényjelenségeket is létrehoz. Például fluoreszcencia: egyes atomok vagy molekulák lenyelik az energiát, ezáltal gerjesztett állapotba kerülnek, és ezt az energiát másodperc milliomod részében fényként szabadítják fel. Ezen az elven alapulnak például a tévéképernyők és a fénycsövek. A mosószerekben található kémiai adalékok kékes színben fluoreszkálnak a napfény ultraibolyájában; ez a kék hozzáteszi a mészmaradványok sárgáját, és "ragyogó fehéret" eredményez.
A foszforeszcencia viszont akkor fordul elő, amikor az olyan anyagok elektronjait, mint a rézzel adalékolt cink-szulfid, a fény állandó, magasabb energiájú állapotba hozza. Az ilyen „könnyű akkumulátorok” az anyagtól és a hőmérséklettől függően sok perctől hétig képesek felszabadítani a fényt. Megtalálhatók például az óraszámlapokon, a közelmúltban pedig elem nélküli fluoreszkáló pálcikákban is.
A szonolumineszcenciának nevezett fényjelenség még mindig rejtély. Folyadékokban nagy frekvenciájú, kötegelt hanghullámok generálhatják. Elképesztő, hogy ez a fény olyan villanásokban fordul elő, amelyek milliószor rövidebbek, mint amire a hang szerkezete alapján számítani lehetne.
Az élőlények hideg módon is fényt generálhatnak - ezt a folyamatot biolumineszcenciának nevezik. Energiát és speciális enzimek, a luciferázok katalitikus aktivitását igényli. Oxidálnak bizonyos szénvegyületeket, a luciferineket, kékes vagy zöld fényt keltve. Néhány rovarnak és halnak saját fénysejtje van, amelyeket gyakran fényvisszaverő kristályok szegélyeznek. Ezekből a sejtekből a bio-fény ragyog az állatok bőrén keresztül. Kommunikálhatnak egymással, vagy tápláló állatokat vonzanak.
A mélytengeri rákok és tintahalak luciferinjeiket és luciferázaikat különálló mirigyekben tárolják a bőr alatt. Veszély esetén kinyitják a mirigyeket, és a világító felhőket kiűzik a vízbe, megzavarva a ragadozókat.
Számos féreg, tengeri csillag, üreges állat és puhatestű, valamint néhány hal szimbiózisba lépett olyan baktériumokkal, amelyek megkönnyítik őket a könnyű munkában. Egyes lumineszcens baktériumok, például a Vibrio balticum és a Bacterium phosphorescens egyedül élnek a vízben, és bizonyos időkben romantikus ragyogást keltenek. Mások holt húson vagy rothadó fán boldogulnak, és kísértetiesen csillognak.
Az emberek megtanulták információforrásként használni a biolumineszcenciát. A baktériumokba csempészett és speciális „észlelési molekulákkal” összekapcsolt luciferáz-gének biológiai mérőeszközként használhatók: Például jelenthetik a víz környezeti toxinjait.
A természetben is a biolumineszcencia gyakran jelző funkcióval rendelkezik. Például a partnerkeresés szolgálatában áll. A szentjánosbogarak a szeretet rohanásában szikráznak a meleg júniusi éjszakákban: a hím rovarok a levegőben táncolnak, míg az izzóférgekként vagy sáskaférgeként ismert nőstények várakozóan kuporognak a fűben, és izzó csonkokkal kacérkodnak.
A Photinus nemzetség néhány hímje számára azonban a szerelmi tánc végzetesen véget ér. Mivel a Photuris szentjánosbogár nemzetség nőstényei utánozzák a Photinus hölgyek kacér jeleit - és szeretik megenni a megtévesztett Photinus hímeket.