Мы привыкли воспринимать цвета окружающего мира как нечто само собой разумеющееся: каждый объект во Вселенной (за исключением, может быть, чёрных дыр, тёмной материи и зеркал) имеет свой цвет. Но было ли так всегда?

Первый цвет

Вселенная зародилась около 13,8 миллиардов лет назад в Большом взрыве. В самый ранний момент она была плотнее и горячее, чем когда-либо после. Большой взрыв часто визуализируется как яркая вспышка света, появляющегося из моря тьмы, но это не совсем точная картина. Большой взрыв сам по себе был расширяющимся пространством, наполненным энергией.


Сначала температура оказалась настолько высокой, что света не было вообще: не существовало самих фотонов — волн, формирующих излучение и цвет. Для их появления космос должен был остыть. Это случилось примерно через одну десятитысячную часть секунды после рождения Вселенной.
По прошествии примерно 100 секунд температура понизилась настолько, что смогли образоваться протоны и нейтроны, а из них — ядра самых лёгких элементов (в основном водорода, его второго изотопа — дейтерия и гелия). Пространство оказалось заполнено плазмой ядер, электронов и фотонов. Несмотря на то, что свет появился, цвета еще не было, потому что, хотя излучение уже существовало, оно не могло проникать сквозь плотную плазму.
Приблизительно через 380 тысяч лет плазма остыла настолько, что атомные ядра смогли присоединить к себе свободные электроны. Наблюдаемая Вселенная стала прозрачным космическим облаком водорода и гелия диаметром 84 миллиона световых лет. Все фотоны, образовавшиеся в Большом взрыве, наконец-то смогли свободно распространяться в пространстве.
Ранняя Вселенная наполнилась ярким теплым свечением. Оно названо реликтовым излучением, и это первые электромагнитные волны Вселенной, которые мы могли увидеть. У ученых есть ясное представление о том, что это был за цвет. Вселенная имела почти равномерную температуру, а у ее света наблюдалось распределение длин волн, известное как спектр абсолютно черного тела. Многие объекты получают свой цвет в зависимости от типа материала, из которого они состоят, но цвет абсолютно черного тела зависит только от его температуры. При температуре около 3000 К такое тело будет иметь оранжево-белое свечение, похожее на теплый свет старой 60-ваттной лампочки.
Цвет, который мы воспринимаем, зависит не только от фактического цвета света, но и от его яркости, а также от того, приспособлены ли наши глаза к темноте. Если бы мы могли вернуться к периоду этого первого света, мы бы, вероятно, увидели оранжевое свечение, похожее на огонь камина.


Современные цвета

В дальнейшем процесс формирования цвета шёл несколькими путями...
Во-первых, в течение следующих нескольких сотен миллионов лет оранжевое свечение реликтового излучения постепенно исчезало, поскольку Вселенная продолжала расширяться и охлаждаться. В конце концов это свечение стало красным, а затем перешло в инфракрасный и далее — в ещё более длинноволновые диапазоны. Если бы этот процесс был единственным, то для нас это выглядело бы как постепенное покраснение и затемнение Вселенной вплоть до полностью черной.


Во-вторых, космический газ образовывал протяжённые туманности, которые также испускали волны определённых длин: самая известная из них — так называемая линия H-альфа, лежащая в видимой области спектра и имеющая красный цвет. Волны такой длины испускает водород, когда возбуждённый электрон в его атоме переходит с третьего энергетического уровня на второй, теряя часть энергии, которая преобразуется в излучение.


В-третьих, примерно через 400 миллионов лет начали формироваться первые звезды. Они состояли только из водорода и гелия, были очень большими, яркими и горячими, что обуславливало их цвет в фиолетово-голубых оттенках. Такие звёзды проживали свой век очень быстро и интенсивно, образуя в своих ядрах химические элементы тяжелее гелия — углерод, неон, кремний и т. д., вплоть до железа, а взрываясь сверхновыми в конце жизненного цикла, обогащали пространство ещё более тяжёлыми элементами. Эти элементы входили в состав туманностей и, имея собственные электромагнитные спектры излучения, придавали тем ещё более разнообразные цвета.


С течением времени образовывались звёзды следующих поколений — всё более обогащённые тяжёлыми элементами, менее массивные, более холодные и имеющие цвета, лежащие в длинноволновой части спектра, вплоть до оранжевого и красного. Эти звёзды, в свою очередь, взрывались или постепенно сбрасывали внешние оболочки, давая начало новым туманностям, пополняющим разнообразие цветов и создавая ту картину, которую мы можем наблюдать сейчас.


Немного о будущем

Но и нынешние цвета не вечны. Постепенно доля массивных и горячих звёзд будет уменьшаться, и в итоге во Вселенной останутся небольшие красные звёзды, живущие многие триллионы лет. При этом всё продолжающееся расширение Вселенной будет смещать спектр излучения в более длинноволновую область (как это происходило ранее с реликтовым излучением), так что разнообразие цветов будет исчезать: сначала не станет фиолетовых и голубых оттенков, затем зелёных, жёлтых, оранжевых и красных. В итоге Вселенная станет огромным пустым чёрным пространством.Источник: National Geographic