Мегамир або космос, сучасна наука розглядає як взаємодіє і розвивається систему всіх небесних тіл.
Всі існуючі галактики входять в систему найвищого порядку - Метагалактику. Розміри Метагалактики дуже великі: радіус космологічного горизонту становить 15- 20 млрд. Світлових років.
Поняття «Всесвіт» і «Метагалактика» - дуже близькі поняття: вони характеризують один і той же об'єкт, але в різних аспектах. Поняття «Всесвіт» позначає весь існуючий матеріальний світ; поняття «Метагалактика» - той же світ, але з точки зору його структури - як упорядковану систему галактик.
Будова і еволюція Всесвіту вивчаються космологією. Космологія як розділ природознавства, знаходиться на своєрідному стику науки, релігії та філософії. В основі космологічних моделей Всесвіту лежать певні світоглядні передумови, а самі ці моделі мають велике світоглядне значення.
У класичній науці існувала так звана теорія стаціонарного стану Всесвіту, відповідно до якої Всесвіт завжди була майже такою ж, як зараз. Астрономія була статичною: вивчалися руху планет і комет, описувалися зірки, створювалися їх класифікації, що було, звичайно, дуже важливо. Але питання про еволюцію Всесвіту не ставилося.
Сучасні космологічні моделі Всесвіту грунтуються на загальній теорії відносності А. Ейнштейна, згідно з якою метрика простору і часу визначається розподілом гравітаційних мас у Всесвіті. Її властивості як цілого обумовлені середньою щільністю матерії та іншими конкретно-фізичними факторами.
Рівняння тяжіння Ейнштейна має не одне, а безліч рішень, чим і зумовлена наявність багатьох космологічних моделей Всесвіту. Перша модель була розроблена самим А. Ейнштейном в 1917 р Він відкинув постулати ньютонівської космології про абсолютність і нескінченності простору і часу. Відповідно до космологічної моделлю Всесвіту А. Ейнштейна світовий простір однорідний і изотропно, матерія в середньому розподілена в ній рівномірно, гравітаційне тяжіння мас компенсується універсальним космологічним відвернути.
Час існування Всесвіту нескінченно, т. Е. не має ні початку, ні кінця, а простір безмежно, але звичайно.
Всесвіт в космологічної моделі А. Ейнштейна стаціонарне, нескінченна в часі і безмежна в просторі.
У 1922р. російський математик і геофізик А. А Фрідман відкинув постулат класичної космології про стаціонарності Всесвіту і отримав рішення рівняння Ейнштейна, що описує Всесвіт з «розширюється» простором.
Оскільки середня щільність речовини у Всесвіті невідома, то сьогодні ми не знаємо, в якому з цих просторів Всесвіту ми живемо.
У 1927 р бельгійський абат і вчений Ж. Леметр пов'язав «розширення» простору з даними астрономічних спостережень. Леметр ввів поняття початку Всесвіту як сингулярності (тобто. Е. Надщільного стану) і народження Всесвіту як Великого вибуху.
У 1929 році американський астроном Е. П. Хаббл виявив існування дивної залежності між відстанню і швидкістю галактик: всі галактики рухаються від нас, причому зі швидкістю, яка зростає пропорційно відстані, - система галактик розширюється.
Розширення Всесвіту вважається науково встановленим фактом. Згідно з теоретичними розрахунками Ж. Леметра, радіус Всесвіту в первісному стані був 10-12 см, що близько за розмірами до радіуса електрона, а її щільність становила 1096 г / см3. У сингулярному стані Всесвіт представляв собою мікрооб'єкт мізерно малих розмірів. Від початкового сингулярного стану Всесвіт перейшла до розширення в результаті Великого вибуху.
Ретроспективні розрахунки визначають вік Всесвіту в 13-20 млрд. Років. Г. А. Гамов припустив, що температура речовини була велика і падала з розширенням Всесвіту. Його розрахунки показали, що Всесвіт у своїй еволюції проходить певні етапи, в ході яких відбувається утворення хімічних елементів і структур. У сучасній космології для наочності початкову стадію еволюцію Всесвіту ділять на «ери»
Ера адронів. Важкі частинки, що вступають в сильні взаємодії.
Ера лептонів. Легкі частинки, що вступають в електромагнітне взаємодія.
Фотонна ера. Тривалість 1 млн. Років. Основна частка маси - енергії Всесвіту - припадає на фотони.
Зоряна ера. Настає через 1 млн. Років після зародження Всесвіту. У зоряну еру починається процес утворення протозвезд і протогалактик.
Потім розгортається грандіозна картина освіти структури Метагалактики.
У сучасній космології поряд з гіпотезою Великого вибуху вельми популярна інфляційна модель Всесвіту, в якій розглядається творіння Всесвіту. Ідея творіння має дуже складне обгрунтування і пов'язана з квантової космологією. У цій моделі описується еволюція Всесвіту починаючи з моменту 10-45 с після початку розширення.
Прихильники інфляційної моделі бачать відповідність між етапами космічної еволюції і етапами творення світу, описаними в книзі Буття в Біблії.
Відповідно до інфляційної гіпотезою космічна еволюція в ранньому Всесвіті проходить ряд етапів.
Початок Всесвіту визначається фізиками-теоретиками як стан квантової супергравітації з радіусом Всесвіту в 10-50 см
Стадія інфляції. В результаті квантового стрибка Всесвіт перейшла в стан порушеної вакууму і під час відсутності в ній речовини і випромінювання інтенсивно розширювалася по експонентному закону. У цей період створювалося саме простір і час Всесвіту. За період інфляційної стадії тривалістю 10-34. Всесвіт роздулася від неймовірно малих квантових розмірів 10-33 до неймовірно великих 101000000см, що на багато порядків перевершує розмір спостережуваного Всесвіту - 1028 см. Весь цей початковий період у Всесвіті не було ні речовини, ні випромінювання.
Перехід від інфляційної стадії до фотонів. Стан помилкового вакууму розпалося, вивільнити енергію пішла на народження важких частинок і античастинок, які, проаннігіліровав, дали могутній спалах випромінювання (світла), осветившего космос.
Етап відділення речовини від випромінювання: що залишилося після анігіляції речовина стало прозорим для випромінювання, контакт між речовиною і випромінюванням пропав. Відокремилося від речовини випромінювання і як сучасний реліктовий фон, теоретично передбачений Г. А. Гамовим і експериментально виявлений в 1965 р
Надалі розвиток Всесвіту йшло в напрямку від максимально простого однорідного стану до створення дедалі більш складних структур - атомів (спочатку атомів водню), галактик, зірок, планет, синтезу важких елементів в надрах зірок, в тому числі і необхідних для створення життя, виникненню життя і як вінця творіння - людини.
Різниця між етапами еволюції Всесвіту в інфляційної моделі і моделі Великого вибуху стосується тільки початкового етапу порядку 10-30 с, далі між цими моделями принципових розбіжностей в розумінні етапів космічної еволюції немає.
Поки ж ці моделі за допомогою знань і фантазії можна розраховувати на комп'ютері, а питання залишається відкритим.
Найбільша складність для вчених виникає при поясненні причин космічної еволюції. Якщо відкинути зокрема, то можна виділити дві основні концепції, що пояснюють еволюцію Всесвіту: концепцію самоорганізації і концепцію креаціонізму.
Для концепції самоорганізації матеріальний Всесвіт є єдиною реальністю, і ніякої іншої реальності крім неї не існує. Еволюція Всесвіту описується в термінах самоорганізації: йде мимовільне упорядкування систем у напрямку встановлення все більш складних структур. Динамічний хаос породжує порядок.
В рамках концепції креаціонізму, т. Е. Творіння, еволюція Всесвіту зв'язується з реалізацією програми, яка визначається реальністю більш високого порядку, ніж матеріальний світ. Прихильники креаціонізму звертають увагу на існування у Всесвіті спрямованого номогенца - розвитку від простих систем до все більш складним і інформаційно ємним, в ході якого створювалися умови для виникнення життя і людини. Як додатковий аргумент залучається антропний принцип, сформульований англійськими астрофізиками Б. Карром і Ріссом.
Серед сучасних фізиків - теоретиків є прибічники, як концепції самоорганізації, так і концепції креаціонізму. Останні визнають, що розвиток фундаментальної теоретичної фізики робить нагальною потребою розробку єдиної науково - технічної картини світу, що синтезує всі досягнення в області знання і віри.
Всесвіту на самих різних рівнях, від умовно елементарних частинок і до гігантських сверхскоплений галактик, властива структурність. Сучасна структура Всесвіту є результатом космічної еволюції, в ході якої з протогалактик утворилися галактики, з протозвезд - зірки, з протопланетної хмари - планети.
Метагалактика - є сукупність зоряних систем - галактик, а її структура визначається їх розподіл в просторі, заповненому надзвичайно розрідженим межгалактическим газом і пронизує міжгалактичними променями.
Відповідно до сучасних уявлень, для метагалактики характерно чарункова (сітчаста, пориста) структура. Існують величезні обсяги простору (близько мільйона кубічних мегапарсек), в яких галактик поки не виявлено.
Вік Метагалактики близький до віку Всесвіту, оскільки освіта структури припадати на період, наступний за роз'єднанням речовини і випромінювання. За сучасними даними, вік Метагалактики оцінюється в 15 млрд. Років.
Галактика - гігантська система, що складається з скупчень зірок і туманностей, що утворять у просторі досить складну конфігурацію.
За формою галактики умовно розподіляються на три типи: еліптичні, спіральні, неправильні.
Еліптичні галактики - володіють просторовою формою еліпсоїда з різним ступенем стиснення вони є найбільш простими за структурою: розподіл зірок рівномірно убуває від центру.
Спіральні галактики - представлені у формі спіралі, включаючи спіральні гілки. Це найчисленніший вид галактик, до якого належить і наша Галактика - Чумацький шлях.
Неправильні галактики - не володіють вираженою формою, в них відсутнє центральне ядро.
Деякі галактики характеризуються виключно потужним радіовипромінюванням, що перевершує видиме випромінювання. Це радіогалактики.
У ядрі галактики зосереджені найстаріші зірки, вік яких наближається до віку галактики. Зірки середнього та молодого віку розташовані в диску галактики.
Зірки і туманності в межах галактики рухаються досить складним чином разом з галактикою вони беруть участь в розширенні Всесвіту, крім того, вони беруть участь в обертанні галактики навколо осі.
Зірки. На сучасному етапі еволюції Всесвіту речовина в ній знаходиться переважно в зоряному стані. 97% речовини в нашій Галактиці зосереджена в зірках, що представляють собою гігантські плазмові утворення різної величини, температури, з різною характеристикою руху. У багатьох інших галактик, якщо не в більшості, «зоряна субстанція» становить більш ніж 99,9% їх маси.
Вік зірок змінюється в досить великому діапазоні значень: від 15 млрд. Років, відповідних віку Всесвіту, до сотень тисяч - наймолодших. Є зірки, які утворюються в даний час і знаходяться в протозвездной стадії, т. Е. Вони ще не стали справжніми зірками.
Народження зірок відбувається в газово-пилових туманностях під дією гравітаційних, магнітних та інших сил, завдяки яким йде формування нестійких однорідність і дифузна матерія розпадається на ряд згущені. Якщо такі згущення зберігаються досить довго, то з плином часу вони перетворюються на зірки. Основна еволюція речовини у Всесвіті відбувалася й відбувається в надрах зірок. Саме там знаходиться той «плавильний тигель», який зумовив хімічну еволюцію речовини у Всесвіті.
На завершальному етапі еволюції зірки перетворюються на інертні ( «мертві») зірки.
Зірки не існують ізольовано, а утворюють системи. Найпростіші зоряні системи - так звані кратні системи складаються з двох, трьох, чотирьох, п'яти і більше зірок, що обертаються навколо спільного центру тяжіння.
Зірки об'єднані також у ще більші групи - зоряні скупчення, які можуть мати «розсіяну» або «кульову» структуру. Розсіяні зоряні скупчення налічують кілька сотень окремих зірок, кульові скупчення - багато сотень тисяч.
Асоціації, або скупчення зірок, також не є незмінними і вічно існуючими. Через певну кількість часу, що обчислюються мільйонами років, вони розсіюються силами галактичного обертання.
Сонячна система утворилася приблизно 5 млрд. Років тому, причому Сонце - зірка другого (або ще більш пізнього) покоління. Таким чином, Сонячна система виникла на продуктах життєдіяльності зірок попередніх поколінь, скапливавшихся в газово-пилових хмарах. Ця обставина дає підставу назвати Сонячну систему малою частиною зоряний пил. Про походження Сонячної системи та її історичної еволюції наука знає менше, ніж необхідно для побудови теорії планетообразования.
Перші теорії походження Сонячної системи були висунуті німецьким філософом І. Кантом і французьким математиком П. С. Лапласа. Відповідно до цієї гіпотези система планет навколо Сонця утворилася в результаті дії сил тяжіння і відштовхування між частинками розсіяною матерії (туманності), що знаходиться в обертальному русі навколо Сонця.
Початком наступного етапу в розвитку поглядів на освіту Сонячної системи послужила гіпотеза англійського фізика і астрофізика Дж. X. Джинса. Він припустив, що колись Сонце зіштовхнулося з іншою зіркою, в результаті чого з нього була вирвана струмінь газу, яка, згущуючись, перетворилася в планети.
Сучасні концепції походження планет Сонячної системи грунтуються на тому, що потрібно враховувати не тільки механічні сили, а й інші, зокрема електромагнітні. Ця ідея була висунута шведським фізиком і астрофізиком X. Альфвеном і англійським астрофізиком Ф. Хойл. Відповідно до сучасних уявлень, початкове газова хмара, з якого утворилися і Сонце і планети, складалося з іонізованого газу, схильного до впливу електромагнітних сил. Після того як з величезної газової хмари за допомогою концентрації утворилося Сонце, на дуже великій відстані від нього залишилися невеликі частини цієї хмари. Гравітаційна сила стала притягувати залишки газу до утворилася зірку - Сонця, але його магнітне поле зупинило падаючий газ на різних відстанях - якраз там, де знаходяться планети. Гравітаційна і магнітні сили вплинули на концентрацію і згущення падаючого газу, і в результаті утворилися планети. Коли виникли найбільші планети, той же процес повторився в менших масштабах, створивши, таким чином, системи супутників.
Теорії походження Сонячної системи носять гіпотетичний характер, і однозначно вирішити питання про їх достовірності на сучасному етапі розвитку науки неможливо. У всіх існуючих теоріях є суперечності і неясні місця.