Планковский характер спектра реліктового випромінювання є свідченням існування в минулому стану локальної термодинамічної рівноваги (ЛТР) між квантами і космічної плазмою. Ця умова дозволяє побудувати детальну теплову історію ранньої Всесвіту з зазначенням характерних етапів, коли відбувалася зміна якісного складу матерії внаслідок взаємоперетворень різного роду елементарних частинок.

Однак, по мірі наближення до сучасного стану рівновагу між плазмою і випромінюванням неминуче повинно було зруйнуватися, адже розширення Всесвіту одночасно є і джерелом охолодження речовини.

Охолодження космічної плазми призводить до незворотних змін її складу - вільні електрони захоплюються протонами і утворюють нейтральні атоми водню. Цей процес відіграє вирішальну роль у динаміці формування анізотропії реліктового випромінювання, оскільки різке зменшення концентрації вільних носіїв заряду (електронів і протонів) "вимикає" реліктове випромінювання взаємодії з речовиною. При цьому спектр реліктового випромінювання "консервує" в собі інформацію про властивості поверхні останнього розсіювання квантів на вільних носіях заряду. Які ж властивості цієї "поверхні" ?

Це питання, незважаючи на його уявну простоту, протягом майже 30 років визначав вектор розвитку одного з найбільш бурхливо прогресуючих напрямків позагалактичної радіоастрономії, стимулюючи як теоретичні, так і експериментальні дослідження. Справа в тому, що саме властивості поверхні останнього розсіювання квантів на електронах є ключем до вирішення найважливішої проблеми астрофізики, так і всього природознавства як і чому розширюється Всесвіту виникли різні структурні форми самоорганізації матерії?

Коріння цієї проблеми сягає глибоко в історію астрономії і фізики, до епохи Галілео Галілея і Ісаака Ньютона, коли перший, з допомогою простого телескопа, істотно розширив горизонти вивчення космосу, а другий, відкривши закон всесвітнього тяжіння, показав, що небесні тіла рухаються (і існують) завдяки гравітації матерії.

Наступний крок у вирішенні проблеми зробив Джеймс Джинс, який опублікував у 1902 році знамениту працю про гравітаційної нестійкості пилоподібної матерії. Коротенько, постановка завдання і основні результати цієї роботи зводилися до наступного.

Уявімо собі, що космічний простір заповнено однорідно розподіленими речовиною, тиском якого можна знехтувати. Створимо в цьому речовині слабку сферично симетричну неоднорідність щільності (флуктуації). Нехай для визначеності це буде зона згущення речовини. Тоді цей надлишок речовини буде автоматично створювати надлишок гравітаційного поля, який, у свою чергу буде викликати гравітаційне прискорення частинок, спрямований до центру конфігурації. Такий рух речовини до центру, в свою чергу, призводить до ущільнення речовини, а, отже - до збільшення його щільності. Далі коло замикається. Збільшення щільності призводить до збільшення тяжіння, гравітація посилює поле швидкостей, швидкості підвищують ступінь ущільнення і т.д. Точний розрахунок показує, що якщо в момент створення флуктуації початковий контраст щільності був як завгодно малий, але кінцевий, то з плином часу він буде зростати надзвичайно швидко.

Стосовно до галактик, елементарні розрахунки, засновані на ідеї Джинса, показують, що за час порядку 3-10 млрд. років мікроскопічні по амплітуді флуктуації щільності встигнуть дорости до сучасного рівня і сформувати галактики. На перший погляд, ключ до вирішення проблеми походження структур у Всесвіті знайдений, адже в будь-якій системі великого числа частинок завжди існують малі флуктуації в розподілі їх щільності (так звані, статистичні флуктуації). І, якщо для даної системи головним взаємодією між частинками є гравітаційна взаємодія, то варто почекати порівняно невеликий відрізок часу, як вся система розпадеться на згустки!

Є, правда, одна маленька деталь, яка псує все враження від простоти і елегантності вирішення проблеми. Справа в тому, що ми не випадково звернули увагу на рік публікації роботи Джеймса Джинса - 1902. До відкриття хаббловского розбігання галактик ще залишалося майже 27 років.

До чого ж призведе облік ефекту розширення Всесвіту? Якісно відповідь на це питання зрозуміле - розширення призводить до перебудови поля швидкостей речовини в зоні неоднорідності і замість ущільнення конфігурації ми отримаємо протилежний ефект - неоднорідність у розподілі гравитирующей матерії повинна диссипировать (згладжуватися). Здавалося б, після 1929 року ефективний механізм гравітаційної нестійкості можна "списувати на смітник історії". Але, на щастя, це виявилося не так.

У 1946 році радянський фізики Є.М. Ліфшиц детально дослідив питання про темпі гравітаційної нестійкості у розширюється Всесвіту. Основні висновки роботи зводилися до наступного.

Дійсно, космологічне розширення призводить до зменшення швидкості наростання амплітуди неоднорідностей. Але середня щільність матерії зменшується в часі ще швидше. Отже, контраст щільності все-таки зростає, хоч і значно повільніше, порівняно з наївним результатом, що базується на ідеї Дж. Джинса.

На перший погляд, чисто кількісне відмінність - замість сильного лише відносно слабкий темп зростання флуктуацій. Однак за цим розходженням криються фундаментальні фізичні наслідки. І, перш за все - структура у Всесвіті не є продуктом посилення звичайних статистичних флуктуацій густини речовини! Звідси висновок - для розвитку структур у розширюється Всесвіту рівня статистичних флуктуацій недостатньо, а отже, в первинній космічній плазмі повинні існувати малі нерівноважні флуктуації, рівень яких, однак, перевищує природний рівноважний фон на десятки порядків! Нагадаємо, що це - 1946 рік. До відкриття реліктового випромінювання ще потрібно почекати майже 20 років, а до експериментального виявлення цих флуктуацій - майже всі 50!.

Таким чином, для різних напрямків на небі, відповідних флуктуацій інтенсивності реліктового випромінювання на поверхні останнього розсіювання, повинні виникати варіації рівня сигналу. Їх величину прийнято називати рівнем кутовий анізотропії реліктового випромінювання. Ця анізотропія "заморожується" в спектрі випромінювання в епоху рекомбінації водню і зберігається аж до теперішнього моменту часу, а механізм її генерації, обумовлений розсіюванням квантів на рухомому речовині, коротко називають Доплер-ефект.

Крім анізотропії, формованої неоднорідностями поверхні останнього розсіювання, істотну роль у формуванні картини розподілу інтенсивності реліктового випромінювання на небі грає гравітаційне зміщення частоти квантів у процесі їх розповсюдження від епохи рекомбінації водню до спостерігача. Проходячи через зони підвищеної і зниженої щільності, яким відповідають неоднорідності гравітаційного потенціалу, кванти випромінювання відчувають "синє зміщення", при вході в зону підвищеної щільності, і - "червоне зміщення" - при виході.

Вплив Доплер-ефекту і гравітаційне зміщення розділені природним чином. Перший суттєвий в масштабах L1°).

Таким чином, масштаби, відповідні спостерігається в даний час великомасштабної структури в розподілі речовини, формують анізотропію реліктового випромінювання на малих кутах під впливом розсіювання квантів на рухомому речовині. В кутових масштабах більше 1° ( та L>200 Мпс) неоднорідності у Всесвіті ще не встигли сформувати яку б то не було структуру - необхідно "почекати" певний проміжок часу, що перевищує сучасний вік Всесвіту в десятки разів, щоб і в цих масштабах виникли нові форми самоорганізації речовини.