由于CMB存在細微的溫度差異,宇宙中也會出現(xiàn)一些過熱或過冷的區(qū)域。(當然,即使是所謂“過熱”的區(qū)域,其溫度也在-270℃以下。)這些區(qū)域對應著宇宙早期那些密度稍大或稍小的團簇。在密度較大的區(qū)域內,光子會比周圍的平均溫度高一些。而從密度較小的區(qū)域中出發(fā)的光子,其溫度則會低一點。

這些CMB溫度異常區(qū)域的大小,與輻射產生時宇宙中物質和能量的波紋尺寸有關。雖然這些區(qū)域有大有小,但其中最常見的尺寸是一個定值。這一數(shù)值也被稱為音界(sound horizon),即在CMB產生時,聲波在宇宙等離子體中傳播的距離。

在一種特定介質中,聲波的波速取決于某種擾動在這種介質中的傳播速度。比如我們日常生活中的聲音速度,就是由空氣分子振動的傳播速度決定的。從聲源發(fā)出的振動,帶動身邊的空氣分子一起振動,然后一一傳遞下去,直到最后由我們耳邊的空氣分子傳到耳膜。在早期宇宙中,等離子體會因為物質的聚集而產生波動,并向遠方傳播。這種波的波速(在如今的宇宙中接近58%光速)限制了它們在宇宙中傳播的距離。

這種高溫等離子體中的波動,是由緊緊糾纏在一起的常規(guī)物質和光組成的。波動從暗物質聚集的小團塊附近產生。這些小團塊可能是密度稍高的區(qū)域(比如超過平均值0.006%),也可能是密度稍低的地方。在這一過程中,引力和壓力再次起到了完全相反的作用。一方面,引力將等離子體拖向暗物質團;另一方面,來自光子的壓力則將等離子體推開。隨著這兩種機制的競爭,等離子體中就會產生震蕩的波紋。在這個由粒子組成的混沌中,波前呈圓環(huán)狀向外傳播,其圖像就如同石頭落水后所產生的波紋。

當宇宙溫度下降到中性原子最終成形的時候,光子和常規(guī)物質才得以分開,這種波動也走到了盡頭。從這一刻起,常規(guī)物質可以毫無阻攔地被暗物質團簇吸引過去,再也不會被光壓推開。而光子也不會被常規(guī)物質和暗物質團簇之間的引力拖拽,從而可以自由地向宇宙深處飛去。這些飛向遠方的光子攜帶了等離子體波動的信息,并能幫助我們了解大爆炸后40萬年之內的宇宙。