CMB的微小温度差异能告诉我们什么？为什么能获得诺贝尔奖

　　宇宙始于大约138亿年前的一次大爆炸事件，证明这一点的证据非常多，但其中最有说服力的是发现了＂原始火球＂的残余物。宇宙微波背景辐射（CMB）是我们能看到的宇宙历史上最早的东西，它代表了宇宙冷却到足以透明的时间：大爆炸之后的38万年。由于宇宙一直在膨胀，CMB的温度现在是2.7开尔文，这个温度在各个方向都是相同的。
　　事实上，CMB是我们周围的一个球体。但是，要可视化该球体，我们需要将其投射到二维，这与制造世界地图的方法是一致的。下图展示的是从地球上看到的CMB的理论表示，红色是5.4开尔文，蓝色是0开尔文。当然，你在这张图上看不到红色或蓝色，你看到的只是绿色，它代表2.7开尔文。之所以到处是绿色的， 是因为CMB在各个方向都是相同的。
　　1998年，一颗名为＂宇宙背景探测器＂（COBE）的卫星升空，为了寻找CMB的微小变化。当研究人员查看收集到的数据时，他们发现天空的一半比另一半热一点：一边是2.724开尔文，另一边是2.732开尔文。这是怎么回事呢？这种微小的不均匀性是因为地球相对于CMB在移动，其基本思想就是多普勒频移。
　　一旦我们理解了银河系相对于宇宙其他部分的平均移动水平，我们就可以剔除这种影响，寻找CMB更小的变化，并得到下图。现在，我们看到蓝色和红色之间的温差只有200微开尔文。但这张图还是有问题存在，赤道附近的红色条纹是由银河系中气体发射的微波造成的，我们还必须减掉它。
　　当天文学家抹去银河系气体的贡献时，他们就留下了这张带有红色和蓝色斑点的图片，红色和蓝色之间的温差只有20微开尔文左右，这是对CMB中微小不均匀性的精确测量。这是一项伟大的成就，但精度还是可以再提升。
　　除此之外，我们还发射了另外两颗卫星：一颗于2001年发射的WMAP，另一颗是2009年发射的普朗克卫星。每台仪器都能够以更高的精度拍摄宇宙微波背景辐射的图像，而其中普朗克卫星提供了最佳图像。这简直是一个信息宝库，那里有很多科学知识等待我们去发现。
　　这些斑点反映了宇宙38万岁时存在的声波。声音只是一种材料的密度变化，在这里这种材料是宇宙早期的等离子体。红橙色的斑点是等离子体密度较大的地方，而蓝色斑点是等离子体密度较低的位置。现在事实证明，在CMB变得可见之前，计算出在大爆炸热等离子体中可能产生的最常见的波长并不难。此外，我们还知道持有CMB的球体有多远。这两个距离构成一个三角形，天文学家可以计算出相邻热点之间最常见的角度。
　　在空间平坦的情况下，其结果大约是1 。如果空间以某种方式弯曲，例如球面或马鞍面，那么连接CMB和我们眼睛的线就会扭曲。这将使表观角度与平面空间中发生的不同，它会改变我们在相邻点之间看到的角距离。如果空间是球形的，则角度更大；如果是马鞍形，则角度更小。这意味着测量相邻点之间的距离是确定空间平坦度的好方法。
　　因此，如果我们查看普朗克卫星的数据，我们可以确定热点之间最常见的角度。在下面这张图表中，数据线的峰值大约是1 ，这意味着空间是平坦的或几乎平坦的。因为这是一个测量实验，这意味着度数并不是无限精确的，它具有与之相关的不确定性。如果你接受这种不确定性，你可以说虽然平坦空间最有可能，但不确定性最多允许0.2%的空间曲率。0.2%的最大曲率意味着宇宙比我们所能看到的要大，整个宇宙的半径至少是可见宇宙的500倍。所有信息都可以通过查看CMB中这些微小的不均匀性来确定。
　　CMB还有更多信息要告诉我们。例如，相邻热点和冷点之间的间距会随着宇宙中普通物质、暗物质和暗能量的混合而改变。由于改变这些参数会改变预测结果，我们可以将预测结果和测量结果进行比较，从而精确地确定宇宙中普通物质和暗物质的数量。
　　对CMB微小温度差异的研究给了我们太多关于宇宙的信息，研究人员也获得了2006年的诺贝尔物理学奖。