Строение и эволюция солнечной системы

Введение 3

1. Эволюция вселенной 4

1.1. Теория  большого взрыва 6

1.2. Реликтовое  излучение 7

1.3. Темная  эпоха 8

1.4. Первые  звезды 9

1.5. Слияние протогалактик 10

1.6. Раздутая  Вселенная 11

1.7. Вселенные  рождались не однажды 12

2. Строение вселенной 15

2.1. Темная  материя 15

2.2. Темна  энергия 17

2.3. Черные дыры 18

2.3.1. Черные  дыры со звездной массой 19

2.3.2. Сверхмассивные  черные дыры 20

2.4. Галактики 20

2.4.1. Карлики  и гиганты 21

2.4.2. Рождение  галактик 22

2.4.3. Звездное  расселение 23

2.4.4. Млечный  путь 24

2.4.5. Форма  и содержание 24

2.4.6. Столкновение  галактик 25

2.5. Квазары 27

2.6. Сверхновые  звезды 28

2.7. Кометы 31

2.8. Белые карлики 32

2.9. Астероиды 33

Заключение 34

Список используемой литературы: 35

Введение

Вселенная образовалась в  результате большого взрыва. Сразу  после взрыва вещество стало разлетаться  во всех направлениях. С тех самых  времен плотность вещества и температура  уменьшались.

Известно, что через 400 000 лет после большого взрыва образовались атомы, вселенная стала прозрачна и внешне было похожа на ту, что мы видим сегодня. На самом деле внешний вид той молодей вселенной еще довольно сильно отличался от теперешнего. Вселенная было совершенно темной. Не было ни звезд, ни галактик, ни планет. Только отдельно летающие атомы и реликтовое излучение.

Такое существование вселенной  продолжалось несколько сотен миллионов  лет. Со временем, благодаря силам  гравитации, атомы стали сближаться образуя газовые облака, состоящие по большей части из водорода. Из этих газовых облаков постепенно образовывались галактики, наполненные огромным количество звезд. Такое, по все видимости, было возможно потому, что расширение было не слишком быстрым. Гравитация смогла сформировать газовые облака прежде, чем все частицы разлетятся слишком далеко.

В какой то момент газовые облако сжимается на столько, что в нем начинают идти термоядерные реакции. При этом оно сильно разогревается и начинает светиться. Так образуется звезда. Сверх гигантские газовые облака формируют центры галактик. Более мелкие вращаются вокруг этих массивных центров. Вселенная выглядит уже совсем как сейчас. Однако планет в такой вселенной по прежнему нет. Все имеющееся вещество представляет как по большей части водород и немного гелий.

Так проходят миллиарды лет. Водород в звездах выгорает, превращаясь  в гелий. Гелий тоже выгорает образуя более тяжелый элементы периодической таблицы Менделеева. В какой-то момент эволюция звезды заканчивается взрывом. В результате этого взрыва большая часть вещества звезды разлетается в виде звездной пыли. В веществе взрывающейся звезды уже существует довольно много различных элементов. Более всего среди них преобладает железо.

Межзвездное вещество может  вновь начать сжиматься под действием  гравитации образуя либо планеты либо новые звезды – звезды второго поколения. В звездах второго поколения уже присутствуют тяжелые химические элементы – такие как свинец и золото. Образование планет и звезд второго поколения началось примерно через 8 – 9 миллиардов лет после большого взрыва. Наше Солнце и Земля образовались примерно в это время.

Весь дальнейший процесс  развития вселенной связан с термоядерным синтезом идущим в звездах. Эволюционируя, звезды образуют такие объекты как нейтронные звезды, белые карлики, черные дыры, туманности. Из материала взорвавшихся звезд формируются планеты и другие малые космические тела. Так будет еще несколько десятков миллионов лет пока не прекратятся все термоядерные реакции.

Далее мы рассмотрим все  стадии образования вселенной более  подробно и так же рассмотрим что содержит в себе эта огромная, невообразимая человеческому воображению вселенная.

1. Эволюция вселенной

Крупномасштабная  структура Вселенной как она выглядит в инфракрасных лучах с длиной волны 2,2 мкм — 1 600 000 галактик, зарегистрированных в Extended Source Catalog как результате Two Micron All-Sky Survey. Яркость галактик показана цветом от синего (самые яркие) до красного (самые тусклые). Тёмная полоса по диагонали и краям картины — расположение Млечного пути, пыль которого мешает наблюдениям.

Вселенная возникла примерно 20 млрд. лет тому назад из некоего  плотного и горячего протовещества. Сегодня можно только предполагать, каким было это прародительское вещество Вселенной, как оно образовалось, каким законам подчинялось, и что за процессы привели его к расширению. Существует точка зрения, что с самого начала протовещество с гигантской скоростью начало расширяться.

На начальной стадии это  плотное вещество разлеталось, разбегалось  во всех направлениях и представляло собой однородную бурлящую смесь  неустойчивых, постоянно распадающихся  при столкновениях частиц. Остывая  и взаимодействуя на протяжении миллионов  лет, вся эта масса рассеянного  в пространстве вещества концентрировалась  в большие и малые газовые  образования, которые в течение  сотен миллионов лет, сближаясь  и сливаясь, превращались в громадные  комплексы. В них в свою очередь  возникали более плотные участки - там впоследствии и образовались звезды и даже целые галактики. В  результате гравитационной нестабильности в разных зонах образовавшихся галактик могут сформироваться плотные «протозвездные образования» с массами, близкими к  массе Солнца. Начавшийся процесс  сжатия будет ускоряться под влиянием собственного поля тяготения. Процесс  этот сопровождает свободное падение  частиц облака к его центру - происходит гравитационное сжатие. В центре облака образуется уплотнение, состоящее из молекулярного водорода и гелия. Возрастание плотности и температуры в центре приводит к распаду молекул на атомы, ионизации атомов и образованию плотного ядра протозвезды.

 Существует гипотеза  о цикличности состояния Вселенной.  Возникнув когда-то из сверхплотного  сгустка материи. Вселенная, возможно, уже в первом цикле породила  внутри себя миллиарды звездных  систем и планет. Но затем неизбежно  Вселенная начинает стремиться  к тому состоянию, с которого  началась история цикла, красное  смещение сменяется фиолетовым, радиус Вселенной постепенно  уменьшается и в конце концов вещество Вселенной возвращается в первоначальное сверхплотное состояние, по пути к нему безжалостно уничтожив всяческую жизнь. И так повторяется каждый раз, в каждом цикле на протяжении вечности! К началу 30-х годов сложилось мнение, что главные составляющие Вселенной - галактики, каждая из которых в среднем состоит из 100 млрд. звезд. Солнце вместе с планетной системой входит в нашу Галактику, основную массу звезд которой мы наблюдаем в форме Млечного Пути. Кроме звезд и планет. Галактика содержит значительное количество разреженных газов и космической пыли.

 Конечна или бесконечна  Вселенная, какая у нее геометрия  - эти и многие другие вопросы  связаны с эволюцией Вселенной,  в частности с наблюдаемым  расширением. Если, как это считают  в настоящее время, скорость  «разлета» галактик увеличится  на 75 км/с на каждый миллион парсек, то экстраполяция к прошлому приводит к удивительному результату: примерно 10-20 млрд. лет назад вся Вселенная была сосредоточена в очень маленькой области. Многие ученые считают, что в то время плотность Вселенной была такая же, как у атомного ядра. Проще говоря, Вселенная тогда представляла собой одну гигантскую «ядерную каплю». По каким-то причинам эта «капля» пришла в неустойчивое состояние и взорвалась. Последствия этого взрыва мы наблюдаем сейчас как системы галактик.

 Самый серьезный удар  по незыблемости Вселенной был  нанесен результатами измерений  скоростей удаления галактик, полученными  известным американским ученым  Э. Хабблом. Он установил, что любая галактика удаляется от нас в среднем со скоростью, пропорциональной расстоянию до нее. Это открытие окончательно разрушило существовавшее со времен Аристотеля представление о статичной, незыблемой Вселенной, уже, впрочем, пошатнувшееся в связи с открытием эволюции звезд. Значит, галактики вовсе не являются космическими фонарями, подвешенными на одинаковых расстояниях друг от друга, и, более того, раз они удаляются, то когда-то в прошлом они должны были быть ближе к нам. Около 20 млрд. лет тому назад все галактики, судя по всему, были сосредоточены в одной точке, из которой началось стремительное расширение Вселенной до современных размеров. Но где же находится эта точка? Ответ: нигде и в то же время повсюду; указать ее местоположение невозможно, это противоречило бы основному принципу космологии. Еще одно сравнение, возможно, поможет понять это утверждение.

Согласно общей теории относительности, присутствие вещества в пространстве приводит к его  искривлению. При наличии достаточного количества вещества можно построить  модель искривленного пространства. Передвигаясь по земле в одном  направлении, мы в конце концов, пройдя 40000 км, должны вернуться в исходную точку. В искривленной Вселенной случится то же самое, но спустя 40 млрд. световых лет; кроме того, «роза ветров» не ограничивается четырьмя частями света, а включает направления также вверх-вниз.

Итак, Вселенная напоминает надувной шарик, на котором нарисованы галактики и, как на глобусе, нанесены параллели и меридианы для  определения положения точек; но в случае Вселенной для определения  положения галактик необходимо использовать не два, а три измерения. Расширение Вселенной напоминает процесс надувания  этого шарика: взаимное расположение различных объектов на его поверхности  не меняется, на шарике нет выделенных точек. Чтобы оценить полное количество вещества во Вселенной, нужно просто подсчитать все галактики вокруг нас. Поступая, таким образом, мы получим вещества меньше, чем необходимо, чтобы, согласно Эйнштейну, замкнуть, «воздушный шарик» Вселенной.

На изображении показана подробная схема эволюции вселенной. Далее мы подробно рассмотрим каждый период возникновения вселенной  по теории большого взрыва, а так  же рассмотрим и другие возможные  теории эволюции.

Существуют модели открытой Вселенной, математическая трактовка  которых столь же проста и которые  объясняют нехватку вещества. С другой стороны, может оказаться, что во Вселенной имеется не только вещество в виде галактик, но и невидимое  вещество в количестве, необходимом, чтобы Вселенная была замкнута; полемика по этому поводу до сих пор не затихает.

1.1. Теория большого  взрыва

Большой взрыв – основная космологическая теория в современной  физике, объясняющая развитие Вселенной  на самой ранней стадии. Согласно этой теории, в начальный момент времени  Вселенная находилась в состоянии  сингулярности, имея бесконечные плотность  и температуру. 13.7 миллиардов лет  назад случился Большой взрыв, после  которого началось быстрое расширение Вселенной. Это привело к ее охлаждению до такой температуры, что энергия  начала превращение в первые субатомные частицы, которые только через несколько тысяч лет объединились в первые атомы.

Основные предположения  теории Большого взрыва были сделаны  Жоржем Леметром. Разработка математического основания на базе общей теории относительности позволила создать модель происходившего, начиная практически с первого момента времени. Однако, самое начало жизни Вселенной пока неизвестно. Существует множество конкурирующих гипотез. Обычно предполагается, что Вселенная изначально была гомогенно и изотропно заполнена энергией с бесконечной плотностью, температурой и давлением. Этот результат получается из уравнений общей теории относительности но не имеет физического смысла из-за бесконечных величин. Через 10^-37 секунд после начала расширения начался период инфляции, в ходе которого Вселенная расширялась экспоненциально. После окончания этого процесса Вселенная состояла из кварк-глюонной плазмы и других элементарных частиц.

Имея околосветовые скорости, частицы постоянно рождали пары с античастицами, и эти пары тут же разрушались. В какой-то момент равновесия частиц и античастиц было нарушено, что привело к доминированию обычной материи в современной Вселенной. Примерно через 10^-11 секунд картина становится более ясной, так как скорости частиц стали близки к достижимым на современных ускорителях. Через 10^-6 секунд образовались барионы. Падение температуры ниже необходимой для образования пар протонов и антипротонов привело к немедленной аннигиляции, оставившей только протоны и нейтроны и ни одной античастицы. Через 1 секунду то же произошло с электронами и позитронами. Через несколько минут температура позволила образоваться первым ядрам водорода, а через 379000 лет образовались первые атомы. Испускаемое при этом излучение известно как реликтовое.

 Небольшие нарушения  в равномерном распределении  материи по Вселенной начали  приводить к их усилению, так  как с падением температуры  гравитация оказывала все большее  влияние на движение частиц. Это  завершило начальный этап развития  Вселенной и дало старт процессу  образования первых звезд. Большой  взрыв завершился, началась эволюция  Вселенной.

1.2. Реликтовое излучение

        Электромагнитное излучение, заполняющее наблюдаемую часть Вселенной. Реликтовое излучение существовало уже на ранних стадиях расширения Вселенной и играло важную роль в её эволюции; является уникальным источником информации о её прошлом. Интенсивность и спектр соответствуют излучению абсолютно чёрного тела с температурой 2,7 К.        

 Реликтовое излучение  было обнаружено в 1965 в радиодиапазоне  электромагнитного излучения на  длине волны 7,35 см. В диапазоне сантиметровых и дециметровых волн наблюдения реликтовых излучений проводят с поверхности Земли при помощи радиотелескопов. В миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах излучение земной атмосферы препятствует наблюдениям Р. и., поэтому для измерений используют широкополосные болометры, установленные на поднимаемых за пределы атмосферы баллонах и ракетах. Наблюдения на длинах волн от 50 см до 0,5 мм свидетельствуют о том, что равномерно распределено на небесной сфере и является основной составляющей яркости неба в дециметровом, сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах. Реликтовое излучение определяет плотность энергии электромагнитного излучения во Вселенной — около 0,25 эв/см³, и плотность числа фотонов во Вселенной — около 400 в 1 см³. На каждый атом во Вселенной приходится более ста миллионов реликтовых фотонов.        

 Открытие реликтового излучения подтвердило предложенную в 1946 Г. А. Гамовым гипотезу (т. н. горячую модель Вселенной), согласно которой Вселенная на ранние стадиях расширения характеризовалась не только высокой плотностью, но и высокой температурой, достаточной для протекания ядерных реакций синтеза лёгких элементов. При высокой температуре плазма находилась в термодинамическом равновесии с излучением. В ходе последующего расширения Вселенной температура вещества и излучения падала по адиабатическому закону, происходила рекомбинация протонов и электронов, и равновесие между веществом и излучением нарушилось. Однако тепловое излучение сохранилось до современной эпохи и наблюдается в виде Р. и.        

 Исследования реликтовых  излучений дают ценный материал  для космогонических и космологических  теорий. Так, по отсутствию заметной  анизотропии судят о крупномасштабных  свойствах Вселенной, делают выводы о её изотропии и однородности. Выявление мелкомасштабных флуктуаций температуры реликтовых излучений на небесной сфере дало бы возможность сделать заключение о первичных возмущениях в плотности и скорости вещества, рост которых привёл к образованию галактик и скоплений галактик, о времени их образования. Обнаружение отклонений реликтовых излучений от законов излучения абсолютно чёрного тела позволило бы выявить источники выделения энергии, действовавшие в течение времени охлаждения реликтового излучения .        

 Реликтовое излучение  существенно влияет на ряд  процессов, происходящих во Вселенной  и в современную эпоху. Так,  определяет время жизни релятивистских  электронов и космических лучей  сверхвысоких энергий в межгалактическом  пространстве: электроны, рассеивая  фотоны реликтового излучения, отдают им энергию и тормозятся. Энергия реликтовых фотонов при этом возрастает во много раз. Этот механизм, возможно, является причиной возникновения фонового рентгеновского излучения. При столкновении фотонов реликтового излучения с протонами ультравысоких энергий происходит рождение π-мезонов, протоны быстро теряют энергию. Столкновения фотонов с ядрами космических лучей при определённых условиях приводят к расщеплению ядер. Реликтовое излучение влияет на заселённость нижних энергетических уровней молекул межзвёздного вещества. На этом основан, в частности, косвенный метод определения температуры реликтовых излучений. Полученные этим путём температуры реликтового излучения хорошо согласуются с температурами, полученными и при прямых радионаблюдениях.

Спектр реликтового излучения. Сплошная кривая — спектр излучения  абсолютно черного тела с температурой 2,7 К.

1.3. Темная эпоха

Как ни удивительно, вскоре после Большого Взрыва, через полмиллиона  лет, началась эпоха, когда во Вселенной  было совершенно темно, пусто и холодно. Темная эпоха продолжалась примерно 250 миллионов лет. Во Вселенной не было ни одной звезды, ни одной галактики. Если в начале Темной эпохи глаз человека еще мог бы заметить тускло-красное  равномерное свечение неба, то теперь темнота стала вездесущей. Пространство было заполнено главным образом  Темной материей и реликтовым излучением, которое тогда было более коротковолновым (инфракрасным), соответствовало при­мерно 150К (-120°С) и продолжало осты­вать по мере расширения пространства. Барионная материя составляла 1/10 тем­ной и состояла из атомов водорода и ге­лия в пропорции 4:1 по массе, оставшейся от Большого Взрыва. Темная Энергия практически никакой роли не играла.

События Темной эпохи установлены  с по­мощью расчетных моделей, потому что ничего, кроме реликтового  излучения, от­туда до нас не дошло. Но модели достаточно надежны; именно они дают представление о природе Темной эпохи. Когда связь реликтового излучения с веществом разорвалась, и излучение стало самостоя­тельным явлением, красное смещение составляло огромную величину z = 1200. Это соответствует уже упоминавшемуся возрасту 400 тысяч лет, а самые далекие (или ранние) объекты, которые удается наблюдать, имеют z = 6,5 (900 миллионов лет). При z = 1100 температура снизилась до 3000К, произошла рекомбинация плаз­мы, и частицы объединились в атомы. На этом, похоже, бурные события закончились, и наступила Темная эпоха. До образования первых звезд оставалось, по разным моделям, 200-400 миллионов лет довольно скучного времени, когда уже не было никаких критических процессов. Главное, что происходило — дальнейшее понижение температуры. И причина, по которой задерживалось звездообразование, даже не в том, что распределение вещества было практически однородным, что препятствовало возникновению конденсаций.

Эксперимент на спутнике WMAP показал, что, хотя образование звезд  оставалось маловероятным, очень небольшие  и крайне маловероятные неоднородности Темной Массы все же существовали. Но когда красное смещение z достигло примерно 6 (а возраст Вселенной примерно миллиарда лет), бесчисленные галактики заполнили пространство. Пер­вые звезды, которые были огромными и очень яркими, определили всю дальней­шую историю Вселенной. Чего же они ждали, что до того задерживало звездооб­разование? Оказывается, запрет создавал сам механизм образования звезд.

1.4. Первые звезды

Процесс возникновения первых звезд был более простым, чем образование звезд современного типа, из-за химической чистоты исходного материала — смеси водород-гелий. Газ атомарного состава был перемешан с Темной Массой. Он начинал сжиматься, следуя действию гравитационных сил Темной материи. Формирование звезды зависит от температуры среды, массы конденсирующегося газового образования и наличия в нем молекулярного водорода, который обладает способностью отводить из конденсации тепло, излучая его в окружающее пространство. Молекулярный водород не может возникнуть из атомарного при случайных столкновениях атомов; для его образования у природы припасен довольно сложный процесс. Поэтому при z > 15-20 водород оставался, в основном, в атомарной фазе. При сжатии температура газа в конденсации повышается до 1000К и более, и доля молекулярного водорода несколько увеличивается. При такой температуре дальнейшая конденсация невозможна. Но благодаря молекулярному водороду температура в наиболее плотной части образования снижается до 200-ЗООК, и сжатие продолжается, преодолевая давление газа. Постепенно обычная материя отделяется от темной и концентрируется в центре.

Минимальная масса газовой  конденсации, необходимая для формирования звезды, масса Джинса, определяется степенной зависимостью от температуры  газа, поэтому первые звезды имели  массу в 500-1000 раз большую, чем Солнце. В современной Вселенной при образовании звезд температура в плотной части конденсации может быть всего 10К, потому что, во-первых, функции теплоотвода более успешно выполняют появившиеся тяжелые элементы и частицы пыли, во-вторых, температура окружающей среды (реликтового излучения) составляет всего 2,7К, а не почти 100К, как это было в конце Темной эпохи. Второй критерий массы Джинса — давление (точнее, квадратный корень из давления). В Темную эпоху этот параметр был примерно таким же, как теперь.

Образовавшиеся первые звезды были не только огромными, в 4-14 раз больше Солнца, но и очень горячими. Солнце излучает свет с температурой 5780К. У первых звезд температура составляла 100 000-110 000К, а излучаемая энергия превосходила солнечную в миллионы и десятки миллионов раз. Солнце называют желтой звездой; эти же звезды были ультрафиолетовыми. Сгорали и разрушались они всего за несколько миллионов лет, но успевали выполнить по крайней мере две функции, определившие свойства последующего мира. В результате реакций синтеза происходило некоторое обогащение их недр "металлами" (так астрономы называют все элементы тяжелее гелия). Истекающий с них "звездный ветер" обогащал металлами межзвездную среду, облегчая формирование последующих поколений звезд. Главным же источником металлов были взрывы некоторых из них в качестве сверхновых. Наиболее массивная часть первых звезд в конце своего жизненного пути, по-видимому, образовала черные дыры. Мощное ультрафиолетовое излучение гигантских звезд вызвало быстро развивающиеся разогрев и ионизацию межзвездного и межгалактического газа. Это была вторая их функция. Такой процесс называют ре-ионизацией, потому что он был обратным рекомбинации, завершившейся за 250 миллионов лет до этого, при z = 1200, когда образовались атомы и освободилось реликтовое излучение. Исследования далеких квазаров показывают, что ре-ионизация практически закончилась при z = 6-6,5. Если эти две отметки, z = 1200 и z = 6,5, считать границами Темной эпохи, то она продолжалась 900 миллионов лет. Сам период полной темноты, до появления первых звезд, длился короче, около 250 миллионов лет, причем теоретики считают, что в некоторых, совершенно исключительных случаях отдельные звезды могли появиться и раньше, но вероятность этого была очень низкой.

С образованием первых звезд  Темная эпоха закончилась. Гигантские ультрафиолетовые звезды входили в протогалактики, образованные, главным образом, Темной материей. Размеры протогалактик были небольшими и они находились близко друг к другу, что вызывало сильное притяжение, которое объединяло их в первые галактики, тоже небольшие. Их размеры составляли 20-30 световых лет (всего в 5 раз больше современного расстояния до ближайшей звезды; диаметр нашей Галактики составляет 100 000 световых лет). Было бы интересно увидеть эти гигантские ультрафиолетовые звезды, но, несмотря на их огромную яркость, сделать это не удается: они находятся в области z = 8-12, а рекордом наблюдения удаленных объектов пока остается квазар при z = 6,37. Вот если бы придумать, как выделить излучение, возникшее в определенный период времени... Допускал же колебавшийся иногда Э. Хаббл, что красное смещение — просто результат старения света, а никакой не эффект Доплера.

1.5. Слияние протогалактик

Рождение звёзд в  большинстве крупных галактик в ранней Вселенной могли питать почти стационарные потоки холодного газа, втекающие в галактику из межгалактического пространства. В отличие от доминирующей на сегодня точки зрения, согласно которой звёздообразование подстёгивают слияния галактик друг с другом, эта теория может объяснить, каким образом крупные галактики образовались так быстро и почему в движении их звёзд и газа не заметно беспорядка, который должны были бы вызвать слияния.

Авишай Декель из Еврейского университета Иерусалима и его коллеги из Израиля, США, Франции, Германии и Швейцарии опубликовали в последнем номере Nature результаты численного моделирования образования галактик и звёзд в ранней Вселенной, которой около 3 миллиардов лет. Учёные сравнили, за какую часть звёздообразования ответственны столкновения между галактиками, а какую может обеспечить спокойное втекание газа в галактики из межгалактических газовых «нитей», формирующихся за счёт гравитационного скучивания тёмной материи и газа; считается, что на пересечении таких нитей и образуются первые скопления галактик.

Как оказалось, второй, альтернативный механизм способен обеспечить более 3/4 всех темпов звёздообразования в  ранней Вселенной. Лишь примерно треть  холодного газа, аккрецирующего на молодые галактики из межгалактической среды, приходится на сгустки и может быть описана, как слияния протогалактик; оставшиеся две трети обеспечивает равномерный поток, и именно из этого газа рождается большая часть звёзд.

Модель Декеля и его коллег позволяет  объяснить, почему на движение звёзд  и газа в молодых, активно образующих звёзды галактиках гипотетические слияния  не оказывают никакого заметного  влияния, и галактические диски  продолжают вращаться так же чинно  и спокойно, как это делает газ  нашей Галактики. При этом внешний  вид галактики может быть обманчив – турбулентность в аккреции газа может разбить этот диск на участки, где звёздообразование идёт интенсивно, и где оно практически не идёт, придавая галактике «рваную» форму. Однако эта неоднородность выдаёт лишь «подсвеченные» участки, движение же газа и звёзд вокруг центра галактики остаётся невозмущенным.

Вместе с тем, по расчётам Декеля и его коллег, редкие галактики  с особо высоким темпом образования  звёзд – всё-таки результат слияний, в результате которых уплощённые дисковые галактики в конечном итоге  превратятся в массивные эллиптические  системы

1.6. Раздутая Вселенная

Современная наука «вдруг»  совершила для самой себя ошеломляющее открытие: тот физический мир, который  со времен Галилея и Ньютона считался областью неизменных и точных законов  — «Универсумом», сам оказался подчиненным направленным во времени изменениям, у которых может быть «начало» и может быть «конец». Такую картину мира мы обнаруживаем в теории эволюционирующей Вселенной нашего соотечественника Александра Александровича Фридмана, разработанной им в 1920-е. Главный результат этого открытия — эволюция наблюдаемого мира. Особенность теории эволюционирующей Вселенной Фридмана заключалась в том, что описываемая в ее рамках Вселенная с необходимостью рождалась из так называемой начальной космологической сингулярности.

В 2002 году развернутая на высоте в 5000 м в чилийской пустыне  радиоастрономическая установка CBI (Cosmic Background Imager) смогла «сфотографировать» флуктуации микроволнового фона Вселенной. Темные «крупинки» на изображении интрепретировались тогда как «семена» (seeds)                   будущей материи. Фото: CBI/Caltech/NSF

В богословском прочтении  космологическая сингулярность  была интерпретирована как «первая  точка», «первый миг» рождающейся  Вселенной. Поскольку в сингулярности время и пространство равны нулю, а плотность «вещества» и «энергии» почти бесконечна, постольку можно говорить о возникновении Вселенной из такой сингулярности как возникновении «из ничего». Уже после смерти Александра Фридмана и после своего первого наблюдательного подтверждения Эдвином Хабблом (Edwin Hubble, 1889–1953) в 1928-1929 годы она получила название «теория Большого Взрыва» (Big Bang). А в 1964–1965 годы эту теорию подтвердило открытие американских астрофизиков Пензиаса (Arno Penzias) и Вилсона (Robert Woodrow Wilson), обнаруживших «далекое эхо Большого Взрыва» — микроволновое реликтовое излучение.

Однако после нескольких лет триумфа теория Большого Взрыва сама столкнулась с рядом неразрешимых для нее проблем. Она не смогла ответить на вопрос, почему пространство наблюдаемой Вселенной «плоское», то есть почему сумма углов любого треугольника, вписанного в сферу радиусом 1028 см, равна 180°, не больше и не меньше. Теория не могла объяснить, почему положительно заряженных частиц во Вселенной больше, чем отрицательно заряженных. Более того, удалось показать, что некоторые из подобных проблем неразрешимы в рамках этой теории в принципе. Для их решения нужна была другая теория.

Вторая половина ХХ века увидела невероятную активность ученых по созданию множества теорий происхождения Вселенной. Не многие из них прошли даже первое серьезное  обсуждение среди коллег. Самой «стойкой»  оказалась та, согласно которой рождение Вселенной начинается не со «взрыва», а с «раздувания» (инфляции) физического вакуума. Первым к этой идее пришел в 1979 году российский космолог Алексей Александрович Старобинский, а окончательный вид теория приобрела в работах американских ученых Алан Гуса (Alan Guth), Андреаса Альбрехта (Andreas Albrecht), Пола Стейнхарда (Paul Steinhardt) и российского ученого Андрея Дмитриевича Линде.

Основная особенность  инфляционного сценария заключалась  в том, что Вселенная зарождается  в вакууме, не содержащем ни одной  элементарной частицы, и по мере ее «раздувания» (увеличения ее радиуса) до гигантских размеров плотность энергии  вакуума не меняется. В этой «пустоте»  не было ни частиц, ни излучения —  никаких классических форм существования  вещества! Потом «инфляция» кончается, и Вселенная развивается так, как предсказывает фридмановская теория. Получается, что Вселенная рождалась в два приема, проходя стадию «увеличения объема», заполненного физическим полем, но не содержащим ни вещества, ни излучения, и стадию появления вещества и излучения и последующего образования из него звезд, галактик, планет и всего прочего. И наличие первой подготовительной стадии, оказывается, влечет за собой много важных последствий. Например, наша Вселенная должна иметь размер около 1010000000000 см, а те 1028 см, которые считались ее размером до того, — всего лишь ее наблюдаемая часть, область, открытая зрению простых «земных наблюдателей». Кроме того, инфляционная теория предсказывала, что в крупных масштабах Вселенная должна быть анизотропной, и, в частности, наблюдая реликтовый микроволновый фон в разных направлениях, мы будем видеть не одну и ту же картину — где-то температура этого фона чуть выше, где-то чуть ниже.