15.7. ГОРЯЧАЯ РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ
Кратко остановлюсь на общепринятой в настоящее время модели Вселенной. Со времени открытия Хабблом разбегания галактик важнейшим событием в космологии стало открытие в 1965 г. Пензиасом и Уилсоном микроволнового фонового {реликтового) излучения. На рис. 15.13 показан спектр электромагнитного фонового излучения во всех диапазонах длин волн. Излучение с планковским спектром, преобладающее в интервале от 
до 
это и есть знаменитое микроволновое фоновое излучение. Основные его свойства таковы: излучение практически изотропно по всей небесной сфере, верхний предел на анизотропию во всех угловых масштабах 
на его долю приходится большая часть энергии фонового электромагнитного излучения, 
его спектр очень близок к планковскому с температурой 
Такие свойства предсказывались моделью горячей расширяющейся Вселенной. Согласно этой модели, в ходе расширения Вселенной происходит охлаждение вещества и излучения, поэтому ранние стадии эволюции должны были характеризоваться очень высокими температурами. В первую секунду расширения Вселенной, когда температура превышала 
даже атомные ядра не могли существовать и плазма представляла собой равновесную смесь элементарных частиц. В процессе охлаждения вещества и излучения становилось возможным образование некоторых легких элементов. Одним из крупнейших достижений стандартной модели горячей расширяющейся Вселенной было объяснение наблюдаемого содержания легких элементов, таких, как 4 Не, 3 Не, 
возможно, 
Эти элементы очень трудно синтезировать в обычных звездах, поэтому их существование свидетельствует о том, что в ходе эволюции Вселенная прошла через горячую фазу, которая и предсказывается теорией горячей расширяющейся Вселенной. Более подробное изложение этой теории можно найти в популярной книге Вайнберга «Первые три минуты» [16]. Естественно, что излучение в ходе эволюции находится в тепловом равновесии с веществом и микроволновое фоновое излучение является остывшим реликтовым остатком горячей ранней стадии.
(см. скан)
В этой модели еще много нерешенных вопросов. Почему Вселенная так изотропна? Почему наблюдается именно такое отношение концентраций фотонов и барионов 
Каково происхождение галактик? Убедительных ответов на эти вопросы нет, хотя в каждом случае должны были быть какие-то свои серьезные причины. Сейчас эти вопросы активно изучаются. Для нас все это важно для подготовки к обсуждению происхождения космических лучей. Ниже мы увидим, что изучение космических лучей облегчает исследование различных аспектов космологической проблемы.
И наконец, какова современная средняя плотность вещества во Вселенной? Ответ на этот вопрос тесно связан с вопросами о том, будет ли Вселенная расширяться вечно или снова сожмется до сверхплотного и сверхгорячего (сингулярного) состояния, т. е. открыта или замкнута Вселенная? Ограничимся указанием, что критическая плотность, разделяющая открытую, вечнорасширяющуюся и закрытую, предполагающую в дальнейшем сжатие, модели равна 
. Видимая масса галактик дает только 
этого значения. Можно допустить
Рис. 15.13. (см. скан) Спектр фонового электромагнитного излучения в диапазоне от длинных радиоволн до предельно жестких 
-лучей. Сплошные линии — результаты измерений, штриховые линии — теоретические оценки в диапазонах, где отсутствуют измерения. Фон в радио- и рентгеновском диапазонах почти наверняка является результатом наложения излучения большого количества очень удаленных источников. Микроволновое фоновое излучение имеет почти идеально планковский спектр и однородно во всех угловых масштабах с точностью по крайней мере 
Оно вносит основной вклад в плотность излучения в межгалактическом пространстве. Энергию и концентрацию фотонов в стандартных диапазонах нужно знать для многих расчетов. Эти величины перечислены ниже (исправленный с учетом последних данных вариант таблицы из обзора [19]).
(см. скан)
существование темного вещества в коронах галактик и в скоплениях, но вряд ли это увеличит полную массу объектов во Вселенной больше, чем на порядок. С нашей точки зрения немаловажно, что плотность диффузного межгалактического газа может составлять значительную долю критической. Это большая и сложная тема, но следует сказать, что при рассмотрении вопроса о том, заполняют или нет космические лучи все пространство, учет их взаимодействия с диффузным межгалактическим газом дает возможность наложить определенные ограничения на значения плотности как релятивистского, так и холодного вещества в межгалактическом пространстве. По-видимому, разумным значением плотности межгалактического газа является 
