由于CMB存在細(xì)微的溫度差異,宇宙中也會(huì)出現(xiàn)一些過(guò)熱或過(guò)冷的區(qū)域。(當(dāng)然,即使是所謂“過(guò)熱”的區(qū)域,其溫度也在-270℃以下。)這些區(qū)域?qū)?yīng)著宇宙早期那些密度稍大或稍小的團(tuán)簇。在密度較大的區(qū)域內(nèi),光子會(huì)比周?chē)钠骄鶞囟雀咭恍?。而從密度較小的區(qū)域中出發(fā)的光子,其溫度則會(huì)低一點(diǎn)。

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

在一種特定介質(zhì)中,聲波的波速取決于某種擾動(dòng)在這種介質(zhì)中的傳播速度。比如我們?nèi)粘Ｉ钪械穆曇羲俣?就是由空氣分子振動(dòng)的傳播速度決定的。從聲源發(fā)出的振動(dòng),帶動(dòng)身邊的空氣分子一起振動(dòng),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(huì)因?yàn)槲镔|(zhì)的聚集而產(chǎn)生波動(dòng),并向遠(yuǎn)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?cè)谟钪嬷袀鞑サ木嚯x。

這種高溫等離子體中的波動(dòng),是由緊緊糾纏在一起的常規(guī)物質(zhì)和光組成的。波動(dòng)從暗物質(zhì)聚集的小團(tuán)塊附近產(chǎn)生。這些小團(tuán)塊可能是密度稍高的區(qū)域(比如超過(guò)平均值0.006%),也可能是密度稍低的地方。在這一過(guò)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(zhì)團(tuán);另一方面,來(lái)自光子的壓力則將等離子體推開(kāi)。隨著這兩種機(jī)制的競(jìng)爭(zhēng),等離子體中就會(huì)產(chǎn)生震蕩的波紋。在這個(gè)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(chǎn)生的波紋。

當(dāng)宇宙溫度下降到中性原子最終成形的時(shí)候,光子和常規(guī)物質(zhì)才得以分開(kāi),這種波動(dòng)也走到了盡頭。從這一刻起,常規(guī)物質(zhì)可以毫無(wú)阻攔地被暗物質(zhì)團(tuán)簇吸引過(guò)去,再也不會(huì)被光壓推開(kāi)。而光子也不會(huì)被常規(guī)物質(zhì)和暗物質(zhì)團(tuán)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(yuǎn)方的光子攜帶了等離子體波動(dòng)的信息,并能幫助我們了解大爆炸后40萬(wàn)年之內(nèi)的宇宙。