《宇宙从一粒尘埃开始》第二十三节

本节说明如何从普朗克卫星测得的宇宙微波背景温度波动图（图8.9）中提取信息。

本节说明如何从普朗克卫星测得的宇宙微波背景温度波动图（图8.9）中提取信息。由于原始声波图是由无数球面波重叠而成的二维切片，天文学家用两点相关函数来处理，该函数显示冷热区域的关联程度，其波峰位置对应球面波的半径；波峰的存在证明宇宙结构在声波产生之初就已奠定。

观测到的球面声波大小取决于两点：等离子体中声波的速度，以及光子从最后散射面到地球的距离，后者又取决于宇宙扩张的历史。因此图8.9对宇宙中普通物质、暗物质和暗能量的数量高度敏感，理论曲线与天体物理学观测值高度吻合（图8.10）。同样的初始扰动还导致星系形成：重组时期质子在球壳中略多，随宇宙扩张增长，到第一批星系形成时半径约150百万秒差距。为星系建立相关函数后，观测数据确实在150百万秒差距处出现峰值（图8.12），印证了模型。

框15补充了物理机制：任何扰动都可看作平面波叠加，初始扰动在等离子体中分裂为向相反方向传播的两段波，合成后形成只在振幅上摆动的驻波，其振荡周期等于波长除以声速。重组时期只有经历整数或半整数振荡周期的波长仍保持较大扰动，由此可推算声速，进而得到等离子体介质组成与宇宙扩张量的信息。