Bortsett fra de små svingningene som er diskutert ovenfor (en del av 100.000), viser den observerte kosmiske mikrobølgebakgrunnstrålingen en høy grad av isotropi , et null rekkefølge som presenterer både tilfredshet og vanskeligheter for en omfattende teori. På den ene siden gir det en sterk begrunnelse for antagelsen om homogenitet og isotropi som er vanlig for de fleste kosmologiske modeller. På den annen side er slik homogenitet og isotropi vanskelig å forklare på grunn av «lyshorisont» -problemet. I sammenheng med den kosmiske mikrobølgebakgrunnen kan problemet uttrykkes som følger. Tenk bakgrunnsstrålingen som kommer til en observatør fra enhver to motsatte sider av himmelen. Uansett hva som er den ultimative kilden (varm plasma) til denne strålingen, har fotonene, som beveger seg med lysets hastighet siden de sendes ut av plasmaet, bare hatt tid til å nå Jorden nå. den ene siden av himmelen kunne ikke hatt tid til å ha «kommunisert» med saken på den andre siden (de er utenfor hverandres lyshorisont), så hvordan er det mulig (med hensyn til en observatør i riktig hvileramme) at de «vet» å ha samme temperatur til en presisjon som nærmer seg en del i 100.000? Hva står for den høye graden av vinkelisotropi til den kosmiske mikrobølgebakgrunnen?

En mekanisme kalt «inflasjon» gir en attraktiv måte ut av dette dilemmaet . Den grunnleggende ideen er at materie ved høye energier blir bedre beskrevet av felt enn ved klassiske midler. Feltets bidrag til energitettheten (og derfor massetettheten) og trykket i vakuumtilstanden trenger ikke ha vært null tidligere, selv om det er i dag. I løpet av superunifikasjonstiden (Planck-tiden, 10−43 sekund) eller den store foreningen (GUT-tiden, 10−35 sekund), kan den laveste energitilstanden for dette feltet ha tilsvart et «falskt vakuum», med en kombinasjon av masse tetthet og undertrykk som resulterer gravitasjonelt i en stor frastøtende kraft. I sammenheng med Einsteins generelle relativitetsteori kan det falske vakuumet alternativt tenkes å bidra med en kosmologisk konstant som er omtrent 10100 ganger større enn den muligens kan være i dag. Den tilsvarende frastøtende kraft får universet til å ekspandere eksponentielt, og doble størrelsen omtrent en gang hvert 10−43 eller 10–35 sekund. Etter minst 85 doblinger ville temperaturen, som startet ved 1032 eller 1028 K, ha falt til svært lave verdier nær absolutt null.

Inflasjon gir en mekanisme for å forstå den totale isotropien til den kosmiske mikrobølgebakgrunnen fordi materien og strålingen i hele det observerbare universet hadde god termisk kontakt (w innen den kosmiske begivenhetshorisonten) før inflasjon og fikk de samme termodynamiske egenskapene. Rask inflasjon bar forskjellige deler utenfor deres individuelle begivenhetshorisonter. Da inflasjonen tok slutt og universet gjenoppvarmet og gjenopptok normal ekspansjon, dukket disse forskjellige delene opp gjennom vår naturlige tid igjen i vår horisont. Gjennom den observerte isotropien til den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, blir de antatt å ha de samme temperaturene.

Gitt den målte strålingstemperaturen på 2.735 K, kan energitettheten til den kosmiske mikrobølgebakgrunnen vises til å være omtrent 1000 ganger mindre enn den gjennomsnittlige hvileenergitettheten til vanlig materie i universet. Dermed er det nåværende universet materiedominert. Hvis man går tilbake i tid for å redskifte z, var gjennomsnittlig antall tettheter av partikler og fotoner begge større med samme faktor (1 + z) 3 fordi universet var mer komprimert av denne faktoren, og forholdet mellom disse to tallene ville ha opprettholdt sin nåværende verdi på omtrent en hydrogenkjerne, eller proton, for hver 109 fotoner. Bølgelengden til hvert foton var imidlertid kortere med faktoren 1 + z tidligere enn den er nå; derfor øker energitettheten til stråling raskere med en faktor 1 + z enn restens energitetthet av materie. Dermed blir strålingsenergitettheten sammenlignbar med energitettheten til vanlig materie ved en rødforskyvning på ca. 1000. Ved rødforskyvning større enn 10 000, ville stråling ha dominert selv over den mørke materien i universet. Mellom disse to verdiene, ved en rød forskyvning på ca 1.090, ville stråling ha koblet seg fra materie når hydrogen rekombineres.Det er ikke mulig å bruke fotoner for å observere rødforskyvninger som er større enn dette, fordi det kosmiske plasmaet ved temperaturer over 4000 K er i det vesentlige ugjennomsiktig før rekombinasjon. Disse fotonene fra en rød forskyvning på 1 090 danner den kosmiske mikrobølgeovnens bakgrunn.

Frank H. Shu