宇宙中的“光”，告诉了我们如此多的信息？ _小知识

在科学的所有分支中，宇宙学大概是最玄乎的，因为它要以整个宇宙作为研究对象。宇宙学家研究宇宙就有点类似瞎子摸象，仅凭摸到的象鼻或者象牙就要推想出整只大象的样子来，其难度是可想而知的。所以，倘若你贴着宇宙学家的肚皮，把他们的心声都听一遍，那么不外乎是：新数据，新数据……这就不难理解，为何2013年3月21日对于他们来说，就像过节一样。因为这一天，欧洲宇航局发布了迄今分辨率最高的全天宇宙微波背景辐射图（简称CMB图）。对于宇宙学家来说，这不啻是一份厚礼。

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宇宙中的“第一缕光”

据《圣经》“创世纪”上的说法，宇宙原先一片混沌，后来上帝说：“要有光！”，于是才有了光。
在科学版的“创世纪”里，宇宙起源于一场大爆炸。不过宇宙在诞生之后很长一段时间里，差不多也是一片混沌。因为那时温度太高，飞行的尽是高能光子，而高能光子很容易被附近的原子吸收，飞行不远，所以整个宇宙几乎是不透明的。
事情到了后来才有改观。随着宇宙膨胀，温度越来越低，高能光子的比例渐渐减少，而低能光子却增多起来。在大爆炸之后大约38万年，宇宙的温度降低到了约3000K 。此时高能光子已寥寥无几。低能光子因没有足够的能量把原子电离，所以不能被原子吸收。这样，低能光子在宇宙中就可以畅行无阻了。这才有了宇宙的“第一缕光” 。这些低能光子充斥整个宇宙，形成物质运动和演化的背景，就好比戏台上的布景一样，所以叫“宇宙背景辐射” 。

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涨落中包含重要信息
背景辐射最初波长是很短的。你要是把一根钨丝加热到3000K，它发出的光波差不多就是背景辐射最初的样子。但后来宇宙不断膨胀，波长被拉长了。从背景辐射出现至今，宇宙的尺度变大了1100多倍，所以这些充斥宇宙的光，波长被拉长了1100多倍，今天已相当于微波的水平了，所以又称其为“宇宙微波背景辐射” 。它所对应的温度也由原来的3000K降低到了2.7K，仅比绝对零度高出一点点。

大致来看，微波背景辐射的温度在整个天空几乎是均匀的，但也有微小的涨落，有的地方温度稍高一点，有的地方稍低一点。这些差异是怎么来的呢？
宇宙学家认为，既然我们今天的宇宙已经形成了恒星、星系、星系团等结构，就说明宇宙小时候，物质的分布不是绝对均匀的。这里多一点点，那里少一点点，这样由于万有引力和宇宙膨胀的共同作用，才能形成宇宙今天的样子。
既然微波背景辐射是宇宙小时候的第一张“照片”，那么这个原初的“胎记”就应该在照片上有所体现。所以，微波背景辐射温度分布的不均匀性，反映了宇宙早期的一些特征。
这就是宇宙学家要一次次描绘CMB图，精度一次比一次高的原因。最近这一次的全天高精度CMB图是由2009年升空的普朗克卫星描绘的。那么，这一次它能告诉我们些什么呢？
宇宙暴涨像球从碗底滚下

根据标准的宇宙学理论，宇宙在大爆炸发生后不到10-35秒，即发生了一场急剧的膨胀，在不到10-33秒的时间内，体积膨胀了1078倍，这就是所谓的“暴涨期” 。经过暴涨之后，宇宙才又渐渐恢复为正常的膨胀。

但是暴涨是如何发生的？以什么形式发生的？宇宙学家对此却大有分歧。比如说大家都承认，在暴涨发生时，宇宙膨胀得越来越快，但这个加速过程是类似于一个球从碗的内边缘滚到碗底呢？还是像球从倒扣的碗，沿着碗壁滚到桌上？虽然两种情况下，小球的速度都越来越大，但在前一种情况，加速度由大变小，后一种情况，加速度由小变大。还有，这口“碗”是像瓶子一样深呢，还是像碟子一样浅？