1.
著名的物理学家约翰·惠勒曾将宇宙描绘成一个大写的U：它的一端是一只眼睛，意思是我们人类是宇宙回望自身的眼睛。在过去的138亿年中，从最初简单的基本粒子，到恒星、星系的形成，再到地球上生命的出现，宇宙不断地演化出越来越复杂的结构。
如果我们把宇宙的一生压缩成一年，会发现人类是到最后一天的最后一个小时才出现的。但令人惊奇的是，人类凭借着对光的本质的探索，使我们能够透过光，便追溯了整个宇宙的历史。
2.
约350年前，年轻的牛顿发现，太阳光进入棱镜后会呈现出彩虹色。这是一个漫长故事的开始。大约在1800年，天文学家威廉·赫歇尔首次测量了光的温度。他作出了一个惊人的发现：彩虹并不会停止于红色，而是会继续延伸到肉眼看不见的红外光波段，我们虽然看不见红外光，却能感觉到它的温度。
光是什么？电磁波。这是物理学会给出的一个简单答案。150多年前，苏格兰物理学家麦克斯韦发现了描述电磁波的定律。
○ 在这件T恤上，不仅写上了著名的麦克斯韦方程组，还写着：“...于是便有了光”。
麦克斯韦的理论是物理学家追求“统一”的一个完美示例：看似完全不同的电和磁，其实是同一枚硬币的两面。突然之间，闪电、电池、磁铁，全部都和光联系了起来。如今，电视、无线互联网、微波、X射线和整个高科技产业也全都加入了这个行列。
○ 统一之路。| 图片来源：新原理研究所
刚才我们提到了，彩虹的两端会继续向外延伸。在其中一端，电磁辐射延伸到波长非常长的波段，从微波到无线电波。在另一端，我们发现了鸟类能看见的紫外线、穿透我们身体的X射线，以及能自发产生粒子的伽马射线。
3.
20多亿年前，蓝藻细菌通过利用阳光，从二氧化碳和水中制造出氧气和碳水化合物。它们在大气中制造了大量的氧气，使需要氧气才能存在的生命得以进化。植物利用叶绿素来达到同样的效果。阳光的存在为地球大气保持了它的可呼吸性，为所有其他高等生命形式提供了食物和能量。
光不仅对生命极其重要，甚至连空间和时间本身也可被光照亮。1915年11月，爱因斯坦发表了广义相对论。他意识到，如果将任何东西（真的是任何东西！）放在空间里，空间和时间就会弯曲，而引力会通过时空的弯曲表现出来。1919年，爱丁顿通过观测日食，验证了遥远的星光在通过太阳引力场时会发生弯曲，从而证明了爱因斯坦的理论，并使爱因斯坦声名鹊起。
现在，通过现代望远镜，我们可以在星光熠熠的天空中看到这种效应。我们观测星系如何作为宇宙透镜，以最奇异的方式扭曲恒星和其他星系的图像。
○ 当遥远的恒星或星系发出的光线经过离地球较近的星系时，光线会在强大的引力场下发生弯曲，形成多个图像。| 图片来源：Herschel ATLAS Gravitational Lenses
4.
但宇宙对光的塑造的最显著方式是通过宇宙膨胀。天文学家是因为观察到遥远恒星的颜色向红光偏移而发现这一现象的。运动的物体有不同的颜色，这被称为多普勒效应，有一些星系远离我们的速度非常之快，以至于它们的光波甚至处于远红外波段。所以空间与时间的形状实际上为宇宙涂上了不同的色彩。
这种上色对宇宙的第一束光的颜色的影响最为壮观。这束光是在大爆炸后大约38万年发出的，那时物质不再紧密地结合在一起，从而光可以逃逸。从那之后，它们就一直在宇宙中穿行，成为今天依旧可以探测到的微波背景辐射。这个信号是在1964年被首次被探测到的。如今的卫星已可绘制出这些原初之光的详细图谱，这是由宇宙投射出的美丽的点画。
○ 宇宙微波背景。| 图片来源：Planck
事实上，光使得我们能够和宇宙的最开始连接起来。通过仔细观察宇宙的第一束光，我们希望探测到从宇宙起源中产生的原初引力波。一种叫做暴涨的宇宙学理论告诉我们，宇宙在最开始的时候经历了一场指数式的膨胀。现在，我们正在通过从微波背景辐射中找到旋涡和涨落来检验暴涨理论。几年前，一个研究小组宣称他们已经探测到了这些量子涨落的证据。可惜的是，这些明显的信号最终被证明只是星系尘埃，但研究人员一直在寻找这些信号。
现如今，惠勒所描述的画面比以往任何时候都更合时宜。通过观察光的所有表现形式，我们可以接触到位于宇宙边缘和宇宙最初的世界。在科学史上，我们第一次通过最大的望远镜观察宇宙的尽头，通过最大的显微镜观察亚原子的世界，而本质上它们寻找的是同样的东西：宇宙是由什么构成的？
编译：Zwicky
参考链接：
[1] https://www.ias.edu/ideas/2015/dijkgraaf-curiosities-light
[2] http://www.light2015.org/Home/ScienceStories/A-Brief-History-of-Light.html
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