走进科学
宇宙中的第一种颜色
从年轻恒星的蓝白色闪光到氢原子云的深红色光晕，我们的宇宙五彩斑斓、光怪陆离。除了肉眼可见的色彩，还有X射线和伽马射线，强大的射电脉冲以及宇宙背景辐射涂抹出的黯淡底色。
造物主的调色盘上有看不见的，古老的和新鲜的颜料。但在勾勒出宇宙的时候，落下的第一笔，沾染的颜色——是宇宙的第一种颜色。
宇宙始于138亿年前的大爆炸。最早的时候，它无与伦比的密集和炽热。我们通常将大爆炸形象地类比成从黑暗的海洋中绽放出的灿烂光芒，但这并不是准确的物理图景。因为在大爆炸之前，并不存在一个所谓的黑暗空间来“装载”大爆炸，是大爆炸造成的能量扩张演化出了空间，乃至时间。
起初，温度是如此之高，以至于不存在光。在光子出现之前，宇宙必须冷却一秒钟的时间。大约10秒钟后，宇宙才进入光子纪元。
质子和中子已经足够冷却，形成了氢和氦的原子核，且空间中充满了原子核，电子和光子的等离子体。那时，宇宙的温度约为10亿开尔文。
即使有光，也没有颜色。颜色的含义，就是指我们人类可以看到的东西，或者至少某种眼睛可以看到的东西。在光子时代，温度太高，以至于光线无法穿透密集的等离子体。
直到原子核和电子冷却到足以结合成原子的时候，颜色才会出现——宇宙花了380000年。
那时，可观测宇宙是一团透明的云，直径8400万光年，由氢和氦组成。大爆炸中形成的所有光子终于摆脱了束缚，可以自由地在空间中穿梭。
这就是现在的宇宙微波背景辐射，即从终于可以看到宇宙的那一刻起所发出的光子。数十亿年以来，背景辐射冷却到如今的温度，比绝对零值高出不到3开尔文。
最开始的时候，宇宙要温暖得多，大约3000开尔文。早期的宇宙充满了明亮温暖的光。早期宇宙的温度几乎是均匀的，具有被称为黑体的波长分布。
许多物体的颜色都来自于其材质，但是黑体的颜色仅取决于其温度。约3000 K的黑体会发出明亮的橙白色光芒，类似于老旧时代60瓦灯泡的暖光。
人类无法精确感知各种微妙的颜色。我们感知的不仅取决于光的实际颜色，还取决于其亮度以及我们的眼睛对黑暗的适应。如果我们能回到那真·第一缕光照进现实的时期，我们可能会看到类似于烛火的橙色光芒。
在接下来的几亿年里，随着宇宙的不断扩张和冷却，微弱的橙色光芒将逐渐消失并转红。最终，宇宙褪为黑色。
大约4亿年后，第一批恒星出现——灿烂的蓝白色星星制造出新的光子。随着恒星和星系的出现和演化，宇宙开始呈现出新的颜色。
在2002年，Karl Glazebrook和Ivan Baldry利用从恒星和星系中观测到的所有光线，计算出了宇宙的平均颜色。淡棕褐色，类似于带有奶油的咖啡。他们将这一颜色命名为宇宙拿铁色。
即使如此，宇宙拿铁也会逐渐变得冰凉。随着大型蓝色恒星的衰老和死亡，剩下的只有矮星的深红色光芒。最终，在数万亿年之后，即使它们也会熄灭，宇宙陷入黑暗——用时间涂抹整幅画作。
但就目前而言，造物主的画笔仍在为我们点燃出绚烂的光影。坐在火炉旁，抬头望向窗外深邃的夜空，轻轻啜饮奶油咖啡，知晓自己沐浴在宇宙的流光溢彩之中。此刻，我们凝结成名为《过去、现在和未来》的画卷中色彩夺目的一帧。
本文译自 sciencealert，由 majer 编辑发布。