1964年，美国贝尔尝试室的两位工程师在天空的各个偏向上，无意中发现了神秘的热噪旌旗灯号，他们那时认为，这不是杂波干扰，就是设备呈现了问题。
可是当他们解除了所有的可能之后，甚至把天线喇叭口里面的鸟粪都铲清洁了，依然消弭不了这种布满全天空的低温辐射。
这其实就是普林斯顿大学迪克团队正在寻找的，宇宙微波布景辐射，是大爆炸火球留下来的余温。这就像您烧灶火做饭一样，过上几个小时今后，灶火里面还会残留一些温度。区别在于，灶火降温是热量损掉的成果，而宇宙的降温是因为空间膨胀导致的。
上图就是彭齐亚斯和威尔逊测量成果的模拟图，绿色部门就是布满全天空的微波布景辐射，温度只有3.5K，这个发现就证实了大爆炸理论的准确性。
可是人们还有一个迷惑，彭齐亚斯他们测量的成果显示，早期宇宙的温度和密度是完美平均的，也就是在他们的测量成果中看不见有温度的波动。
固然我们经常说，宇宙在大标准上处处平均，各标的目的同性，这是我们熟知的宇宙道理，可是我们知道，宇宙不成能做到完美的平均。
因为，若是宇宙中的物质是完美平均的的话，那么物质就不成能跟着时候的推移，在引力的感化下堆积当作块，进而形当作恒星、星系、星系团这些大标准布局，当然也不成能降生人类。
所以我们的宇宙需要在某种水平上具备一些不平均的性质，这就是所谓的密度波动，当然物质分布的密度波动，表示在微波布景上，就是温度波动了。
是以，人们相信微波布景中的温度波动必定有，只不外是彭齐亚斯他们的设备不可，测不出来，所以在1989年的时辰就发射COBE卫星，此中携带的仪器：差分微波辐射计，就是用来测量微波布景的温度波动的。
上图就是1992年COBE卫星返回来的成果，此中的蓝色部门是温度偏低的区域，代表了这些处所的物质密度较高，绿色部门是微波布景的平均温度，代表了物质分布的平均密度，红色部门是温度偏高的区域，就代表了这些处所物质的密度较低。后面我会诠释高暖和低温区域是如何形当作的？以及跟物质密度有啥关系？这里就先大要地记一下就行了。
需要注重的是，在图中有一大块的红色区域，这其实是我们银河系的盘面，所以它不代表任何工具。
按照COBE卫星的测量，我们发现高温区域和低温区域的温度波动只有平均温度的0.003%，恰是这个细小的差别，才有了我们今天看到的宇宙布局。当然我们每一小我都来自这0.003%的细小波动。
那如何理解这0.003%的波动？它到底有多大？我举个例子，此刻想象一个海面，在海面上有一些细小的波纹，波峰高几厘米，波谷低几厘米，可是整个海水的深度有1千米，此刻我们把波峰和波谷一平均，就是整个海水的平均深度了，这个平均深度就是微波布景中的平均温度。
那波峰高的那一点点，就是微波布景中的热点了，波谷低的那一点点就是微波布景中的冷点了。也就是说，在很小标准上，海面确实有波动，可是当您把整个海水的深度都考虑进去的话，我就可以认为整个海水的深度都是一样的。
这就是微波布景辐射中温度波动的幅度，很是的小，这也是为什么我们说宇宙处处平均，但又必需存在细小的密度波动。
好，下面我们说，微波布景中的冷点和热点是如何形当作的？也就是它和物质的密度有啥关系？
影响微波布景光子温度的效应有两种萨克斯–沃尔夫效应和积分萨克斯–沃尔夫效应。第一种效应发生在最后的散射面上，也就是中性原子形当作的时辰，是微波布景辐射温度波动的本家儿要来历，也是根本来历。
第二种效应发生在，从最后的散射面到地球传布的这段时候内，是微波布景辐射中大标准热点和冷点形当作的原因。
先说第一种，宇宙最初的密度波动来自于空间能量的量子涨落，跟着宇宙空间的暴胀，这些量子涨落就被拉伸到了整个宇宙空间，随后宇宙暴胀竣事，大爆炸起头，这个时候大约是10∧–36秒，空间能量就衰变发生了物质，这时宇宙中的物质就已经因为量子涨落有了细小的密度波动。
也就是密度不平均，有些处所的密度高，有些处所的密度低，就跟我适才说的海平面一样，有些处所高几厘米，有些处所低几厘米。
这种环境一向就持续到了宇宙降生后的38万年，也就是中性原子形当作的时辰，但在这之前，宇宙又发生了一件事，改变了物质的密度分布。
这就是我们上节课提到过的重子声波振荡BAO，我们知道在中性原子形当作之前，宇宙中布满了重子物质，也就是质子，以及由质子和中子构成的氦核，还有轻子物质，也就是电子，当然还有大量的光子，以及暗物质。
在前面的视频中，我多次有提到，在这38万年间，光子除了在拆散原子核与电子的连系以外，还在不竭地与带电粒子发生弹性散射。
除了这些之外，在38万年间还发生了一件出格壮不雅的工作，也就是我们此刻要说的重子声波振荡。
前面我们说了，宇宙中的物质从一起头就具有不平均的密度涨落，所以他们会在引力的感化下自觉的当作团，也就是密度更高的区域会吸引越来越多的物质。
首先当作团的必定是暗物质，因为他们比通俗物质的数目多了6倍，是以在暗物质帮忙下，等离子体也会朝着暗物质堆积的处所自觉当作团。
可是当等离子体塌缩的时辰，他们会受到光子的排斥力，等离子体塌缩的越快，排斥力越大，就像是一个被压紧的弹簧一样。
然后在一刹时，光子会将所有的重子物质标的目的四周弹开，等这些重子物质飞出去今后，他们又会受到引力的感化，然后又标的目的暗物质中间坍缩，又被光枪弹开，又塌缩又弹开，就这样反复了几十万年的时候。
这种现象就像是声音在介质中传布一样，也是物质疏部和密部往返振荡，所以我们将这种现象称为重子声波振荡。
当38万年今后，等离子体改变当作了中性原子，光子不再与中性原子发生彼此感化了，所以从此今后重子声波振荡就遏制了，就保留下了最后的形态。
这就像是，您在湖面上扔一块石头，发生了波纹，然后整个湖面被刹时冻结了，这个波纹也就被保留了下来。
那么颠末重子声波振荡今后，宇宙中重子物质的分布就发生了改变，会留下良多以暗物质为中间的壳层布局，在壳层的外围通俗物质的密度比力高，在壳层的中间暗物质的密度比力高。
是以在将来形当作星系的时辰，星系在大标准的分布上应该会呈现出如图中的纪律，星系会多集中在一个壳层傍边，并且每个壳层的半径都是一样的，这个现象已经在斯隆数字巡天项目中获得了不雅测的证实，而且测量出这个壳层的半径为4.9光年。
当然这是颠末了宇宙膨胀今后才酿成了4.9光年，昔时在最后的散射面上，也就是重子声波振荡刚被冻结的时辰，这个距离大约为39万光年。
那么这对微波布景的温度波动有啥影响？一句话，物质密度的分布，影响着微波布景温度的波动模式。
我知道，傍边性原子形当作今后，光子就起头沿着直线传布了，可是光子想要自由地传布，就需要从物质的引力势阱中逃出来。而引力势阱又受到了物质分布的影响。
所以物质的分布对微波布景光子的影响有以下三种环境：
当光子从低密度区域跑出来的时辰，它受到的引力红移较小，所以它保留的能量就多，这就对应了微波布景中的热点，所有红色代表了低密度区域。
当光子从平均密度区域跑出来的时辰，它受到的引力红移不大不小，那当然保留的能量也就不小不小了，这就对应了微波布景中的绿色区域，所以绿色区域代表了平均密度区域。
当光子从高密度区域跑出来的时辰，它受到的引力红移就大，损掉的能量就多，这就对应了微波布景中的冷点，所以蓝色代表了高密度区域。
这就是微波布景辐射冷点和热点最本家儿要的来历，当然我们也在微波布景中发现了重子声波振荡的陈迹。这跟我们的巡天项目获得的成果吻合得很好。
那么当光子逃出最后的散射面今后，它从散射面到被我们接收，这段时候在空间中传布的时辰，还会受到星系团，以及宇宙浮泛的影响。
这就是我们要说的第二种效应了，积分萨克斯–沃尔夫效应！其实也是引力红移的影响，不外按理来说，光子进入了星系团的引力势阱获得了能量，它此刻要逃出星系团的引力势阱，就要损掉同样的能量，光子并不会受到影响。
可是，我们的宇宙在加快膨胀，这会带来一些微妙的转变，我们知道星系团的标准一般很大，光子想要穿过它也需要花点时候，可是在穿过星系团的时辰，因为宇宙的膨胀会被星系团的引力势阱拉得更平展一些，所以当光子逃出来的时辰它就会保留一些能量，这样就会造当作微波布景中光子的温度发生转变。
同样的，当光子想从布满星系的处所，进入宇宙浮泛的时辰，就会损掉能量，当他从宇宙浮泛进入有物质的处所的时辰，又会因为宇宙的加快膨胀，导致它补不齐之前损掉的能量了，所以光子从宇宙浮泛中就会额外的损掉能量。
以上的这两种效应会在光子传布的路径上不竭的累积，所以叫积分萨克斯–沃尔夫效应。这两种效应可以诠释大标准上宇宙微波布景异常的冷点和热点。
只要我们把宇宙微波布景和巡天项目获得的星系地图连系在一路看的话，就可以或许知道从散射面之后到今天物质布局的演化过程。
最后还有一种效应可以改变微波布景光子的能量，逆康普顿散射。先说什么是康普顿散射，说的是一个高能光子，进入物质的时辰，会与物质华夏子的电子发生散射，波长变长的现象。
那逆康普顿散射就是一个高能电子与能量较低的光子发生碰撞今后，光子波长变短的现象。当微波布景的光子在星系团中传布的时辰，星系团中有良多电离的气体，所以这些光子就会与此中电子发生碰撞，导致波长变短，也就是能量增添了。这种效应还会导致微波布景辐射，偏离完美的黑体谱。
好了，以上就是微波布景辐射中冷点和热点的本家儿要来历，以及影响身分。经由过程研究微波布景辐射，我们就可以知道宇宙最初物质的分布环境，以及到今天的演化过程，我们也可以或许在微波布景中看到关于暗能量，以及暗物质的一些信息，好比上面提到的重子声波振荡。
好了，今天的内容就到这里。
