上記の小さな変動（100,000分の1）を除けば、観測された宇宙マイクロ波背景放射は高度の等方性を示します。 、包括的な理論の満足度と難易度の両方を示すゼロ次の事実。一方では、それはほとんどの宇宙論的モデルに共通する均質性と等方性の仮定の強力な正当化を提供します。一方、このような均一性と等方性は、「光の地平線」の問題のために説明するのが困難です。宇宙マイクロ波背景放射のコンテキストでは、問題は次のように表すことができます。任意の場所から観測者に到達するバックグラウンド放射を考慮してください。空の反対側2つ明らかに、この放射線の最終的な発生源（高温プラズマ）が何であれ、プラズマによる放出以来、光の速度で移動する光子は、今や地球に到達する時間しかありませんでした。空の片側は反対側の問題と「通信」する時間がなかったでしょう（それらはお互いの光の地平線を超えています）、それで（右の休憩フレームの観測者に関して）どうしてそれが可能ですか彼らは、10万分の1に近い精度で同じ温度を持つことを「知っています」？宇宙マイクロ波背景放射の高度な角度等方性の原因は何ですか？

「膨張」と呼ばれるメカニズムは魅力的な方法を提供しますこのジレンマから。基本的な考え方は、高エネルギーでは、物質は古典的な手段よりも分野によってよりよく記述されるということです。エネルギー密度（したがって質量密度）および真空状態の圧力への場の寄与は、現在であっても、過去にゼロである必要はありませんでした。超統一（プランク時代、10-43秒）または大統一（GUT時代、10-35秒）の期間中、この場の最低エネルギー状態は、質量の組み合わせによる「偽の真空」に対応していた可能性があります。重力によって大きな斥力をもたらす密度と負の圧力アインシュタインの一般相対性理論の文脈では、偽の真空は、代わりに、今日の可能性があるよりも約10100倍大きい宇宙定数に寄与すると考えることができます。対応する斥力力によって宇宙は指数関数的に膨張し、そのサイズはおよそ10-43または10-35秒に1回倍増します。少なくとも85倍にすると、1032または1028 Kで始まった温度は、絶対値に近い非常に低い値に低下します。ゼロ。

観測可能な宇宙全体の物質と放射が良好な熱接触にあったため、膨張は宇宙マイクロ波背景の全体的な等方性を理解するためのメカニズムを提供します（wインフレーション前の宇宙事象の地平線内）、したがって同じ熱力学的特性を獲得しました。急速なインフレは、個々の事象の地平線の外にさまざまな部分をもたらしました。インフレーションが終わり、宇宙が再加熱されて通常の膨張を再開したとき、これらの異なる部分は、自然な時間の経過を通して、私たちの地平線に再び現れました。観測された宇宙マイクロ波背景放射の等方性から、それらはまだ同じ温度であると推測されます。

測定された放射温度が2.735Kであるとすると、宇宙マイクロ波背景放射のエネルギー密度は、宇宙の通常の物質の平均静止エネルギー密度の約1,000分の1であることが示されます。したがって、現在の宇宙は物質が支配的です。時間をさかのぼってzを赤方偏移すると、粒子と光子の平均数密度は両方とも同じ係数（1 + z）3だけ大きくなります。これは、宇宙がこの係数によってさらに圧縮され、これら2つの数値の比率が109光子ごとに約1つの水素核または陽子の現在の値を維持しました。ただし、各光子の波長は、過去には現在よりも1 + z倍短くなりました。したがって、放射線のエネルギー密度は、物質の静止エネルギー密度よりも1 + zの1倍速く増加します。したがって、放射エネルギー密度は、約1,000の赤方偏移で通常の物質のエネルギー密度に匹敵するようになります。 10,000を超える赤方偏移では、宇宙の暗黒物質に対してさえも放射線が支配的だったでしょう。これらの2つの値の間で、約1,090の赤方偏移で、水素が再結合したときに放射線が物質から分離されたはずです。4,000 Kを超える温度の宇宙プラズマは再結合前は本質的に不透明であるため、これよりも大きな赤方偏移を観測するために光子を使用することはできません。 1,090の赤方偏移からのこれらの光子は、宇宙マイクロ波背景放射を形成します。

Frank H. Shu