好 ， 下面我们说 ， 微波背景中的冷点和热点是如何形成的？也就是它和物质的密度有啥关系？
影响微波背景光子温度的效应有两种萨克斯–沃尔夫效应和积分萨克斯–沃尔夫效应 。 第一种效应发生在最后的散射面上 ， 也就是中性原子形成的时候 ， 是微波背景辐射温度波动的主要来源 ， 也是基础来源 。
第二种效应发生在 ， 从最后的散射面到地球传播的这段时间内 ， 是微波背景辐射中大尺度热点和冷点形成的原因 。
先说第一种 ， 宇宙最初的密度波动来自于空间能量的量子涨落 ， 随着宇宙空间的暴胀 ， 这些量子涨落就被拉伸到了整个宇宙空间 ， 随后宇宙暴胀结束 ， 大爆炸开始 ， 这个时间大约是10∧–36秒 ， 空间能量就衰变产生了物质 ， 这时宇宙中的物质就已经因为量子涨落有了微小的密度波动 。
也就是密度不均匀 ， 有些地方的密度高 ， 有些地方的密度低 ， 就跟我刚才说的海平面一样 ， 有些地方高几厘米 ， 有些地方低几厘米 。
这种情况一直就持续到了宇宙诞生后的38万年 ， 也就是中性原子形成的时候 ， 但在这之前 ， 宇宙又发生了一件事 ， 改变了物质的密度分布 。
这就是我们上节课提到过的重子声波振荡BAO ， 我们知道在中性原子形成之前 ， 宇宙中充满了重子物质 ， 也就是质子 ， 以及由质子和中子组成的氦核 ， 还有轻子物质 ， 也就是电子 ， 当然还有大量的光子 ， 以及暗物质 。
在前面的视频中 ， 我多次有提到 ， 在这38万年间 ， 光子除了在拆散原子核与电子的结合以外 ， 还在不断地与带电粒子发生弹性散射 。
除了这些之外 ， 在38万年间还发生了一件特别壮观的事情 ， 也就是我们现在要说的重子声波振荡 。
前面我们说了 ， 宇宙中的物质从一开始就具有不均匀的密度涨落 ， 所以他们会在引力的作用下自发的成团 ， 也就是密度更高的区域会吸引越来越多的物质 。
首先成团的肯定是暗物质 ， 因为他们比普通物质的数量多了6倍 ， 因此在暗物质帮助下 ， 等离子体也会朝着暗物质聚集的地方自发成团 。
但是当等离子体塌缩的时候 ， 他们会受到光子的排斥力 ， 等离子体塌缩的越快 ， 排斥力越大 ， 就像是一个被压紧的弹簧一样 。
然后在一瞬间 ， 光子会将所有的重子物质向周围弹开 ， 等这些重子物质飞出去以后 ， 他们又会受到引力的作用 ， 然后又向暗物质中心坍缩 ， 又被光子弹开 ， 又塌缩又弹开 ， 就这样重复了几十万年的时间 。
这种现象就像是声音在介质中传播一样 ， 也是物质疏部和密部来回振荡 ， 所以我们将这种现象称为重子声波振荡 。
当38万年以后 ， 等离子体转变成了中性原子 ， 光子不再与中性原子发生相互作用了 ， 所以从此以后重子声波振荡就停止了 ， 就保留下了最后的形态 。
这就像是 ， 你在湖面上扔一块石头 ， 产生了波纹 ， 然后整个湖面被瞬间冻结了 ， 这个波纹也就被保留了下来 。
那么经过重子声波振荡以后 ， 宇宙中重子物质的分布就发生了改变 ， 会留下很多以暗物质为中心的壳层结构 ， 在壳层的外围普通物质的密度比较高 ， 在壳层的中心暗物质的密度比较高 。
因此在未来形成星系的时候 ， 星系在大尺度的分布上应该会呈现出如图中的规律 ， 星系会多集中在一个壳层当中 ， 而且每个壳层的半径都是一样的 ， 这个现象已经在斯隆数字巡天项目中得到了观测的证实 ， 并且测量出这个壳层的半径为4.9光年 。
当然这是经过了宇宙膨胀以后才变成了4.9光年 ， 当年在最后的散射面上 ， 也就是重子声波振荡刚被冻结的时候 ， 这个距离大约为39万光年 。
那么这对微波背景的温度波动有啥影响？一句话 ， 物质密度的分布 ， 影响着微波背景温度的波动模式 。
我知道 ， 当中性原子形成以后 ， 光子就开始沿着直线传播了 ， 但是光子想要自由地传播 ， 就需要从物质的引力势阱中逃出来 。 而引力势阱又受到了物质分布的影响 。
所以物质的分布对微波背景光子的影响有以下三种情况：
当光子从低密度区域跑出来的时候 ， 它受到的引力红移较小 ， 所以它保留的能量就多 ， 这就对应了微波背景中的热点 ， 所有红色代表了低密度区域 。
当光子从平均密度区域跑出来的时候 ， 它受到的引力红移不大不小 ， 那当然保留的能量也就不小不小了 ， 这就对应了微波背景中的绿色区域 ， 所以绿色区域代表了平均密度区域 。
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