Структурная самоорганизация Вселенной
Предполагается, что в расширяющейся Вселенной возни-кают и развиваются случайные уплотнения вещества. Силы тяготения внутри уплотнения проявляют себя заметнее, чем вне него. Поэтому, несмотря на общее расширение Вселенной, вещество в уплотнениях притормаживается, и его плотность постепенно нарастает. Появление таких уплотнений и стало началом рождения крупномасштабных структур во Вселенной. Согласно расчетам, из этих сгущений должны были возникать плоские образования, напоминающие блины.
Сжатие водородно-гелиевой плазмы в “блины” неизбежно приводило к значительному повышению их температуры. В ко-нечном счете, сжатие “блина” порождало его неустойчивость, и он распадался на более мелкие подсистемы, которые, возможно, стали зародышами галактик. Подсистемы, в свою очередь, дос-тигали состояния неустойчивости и распадались на более мел-кие уплотнения, ставшие зародышами звезд первого поколения.
Образование разномасштабных структур во Вселенной от-крыло возможность для новых усложнений вещества. Важней-шим узловым моментом стало образование всей совокупности элементов таблицы Менделеева. Они появились в звездах в хо-де процессов звездного нуклеосинтеза.
Согласно современным представлениям, присутствующие в межзвездной среде тяжелые элементы изготовлены в звездах типа красных гигантов. Желтые карлики типа нашего Солнца поддерживают свое состояние главным образом в результате термоядерной реакции, превращающей водород в гелий. Красные гиганты обладают массой, в несколько раз превы-шающей солнечную, водород в них выгорает очень быстро. В центре, где сосредоточен гелий, их температура достигает не-скольких сотен миллионов градусов, что оказывается доста-точным для протекания реакций углеродного цикла - слияния ядер гелия в углерод. Ядро углерода, в свою очередь, может присоединить еще одно ядро гелия и образовать ядро кисло-рода, неона и т.д. вплоть до кремния. Выгорающее ядро звезды сжимается, и температура в нем поднимается до 3 - 10 млрд. градусов. В таких условиях реакции объединения продолжа-ются вплоть до образования ядер железа.
Ядро железа - самое устойчивое во всей последовательно-сти химических элементов. Здесь проходит граница, выше ко-торой нуклеосинтез перестает быть источником выделяющейся энергии (как это было в предыдущих реакциях) и протекание реакций с образованием еще более тяжелых ядер требует энер-гетических затрат.
Разработана теория образования в недрах красных гиган-тов элементов от железа до висмута - в процессах медленного захвата нейтронов. Образование же наиболее тяжелых ядер, замыкающих таблицу Менделеева, предположительно проис-ходило в оболочках взрывающихся звезд или при прохожде-нии сильной ударной волны, созданной взрывом сверхновой звезды, через гелиевую оболочку этой звезды с массой около 25 солнечных масс.
Красные гиганты быстро расходуют запас гелия, у них ко-роткий жизненный цикл порядка десятка миллионов лет. За время своего активного существования красный гигант отдает в межзвездную среду ежегодно не менее 10-4 -10-5 масс Солн-ца, а в конце существования он с взрывом сбрасывает внеш-нюю оболочку вместе с накопившимися в ней “шлаками” - хи-мическими элементами, результатами деятельности циклов нуклеосинтеза. Поэтому межзвездная среда сравнительно бы-стро обретает все известные на сегодняшний день химические элементы тяжелее гелия. Звезды следующих поколений, в том числе и Солнце, с самого начала содержат в своем составе и в составе окружающего их газопылевого облака примесь тяже-лых элементов.
Появление во Вселенной всей гаммы химических элементов открыло новый этап в развитии вещества и в формировании его структур. Так, в местах нахождения разнообразных хими-ческих элементов протекают процессы их объединения в моле-кулы, сложность которых может нарастать до очень высоких уровней. Причину, заставляющую атомы объединяться в мо-лекулы, наука знает достаточно хорошо. В основе этих процес-сов - химические силы, за которыми скрывается одна из фун-даментальных сил природы - электромагнитное взаимодейст-вие. Процессы соединения атомов в молекулы широко распро-странены во Вселенной. В межзвездной среде, где концентра-ция вещества ничтожно мала, тем не менее, обнаруживаются молекулы водорода. Там же встречаются мельчайшие пылин-ки, в их основе - кристаллики льда или углерода с примесью гидратов разных соединений. Молекулярный водород вместе с гелием образует газовые межзвездные облака. Скопление газов вместе с пылинками формирует газопылевые облака. Но са-мое интересное, с чем столкнулись наблюдатели, - это неожиданно большое присутствие в космосе разнообразных орга-нических молекул, вплоть до таких сложных, как молекулы некоторых аминокислот. В межзвездных облаках насчитали более 50 видов органических молекул. Еще удивительнее, что органические молекулы находят во внешних оболочках неко-торых не очень горячих звезд и в образованиях, температура которых незначительно отличается от абсолютного нуля. Так что синтез молекул, в том числе и органических, - распростра-ненное и вполне обыденное явление в космосе. Правда, наука пока не может с уверенностью назвать конкретные пути проте-кания такого синтеза.
В связи с этим невольно возникает вопрос, способно ли ус-ложнение вещества достигнуть самых высоких уровней вне планет, в межзвездной среде или в оболочках не очень горячих звезд? Иначе говоря, возможна ли там жизнь?
Эта тема неод-нократно обыгрывалась в научно-фантастических произведе-ниях, но современная наука не позволяет дать ни положитель-ного, ни отрицательного ответа на этот вопрос. Пока мы зна-ем только один вариант жизни в Космосе - на Земле.
Наличие тяжелых химических элементов, а также молекул и их соединений обеспечивает также возможность образования около некоторых звезд второго поколения планетных систем типа Солнечной. В таких системах становится возможным протекание геологической и химической эволюции.