În afară de micile fluctuații discutate mai sus (o parte din 100.000), radiația de fond cosmică cu microunde observată prezintă un grad ridicat de izotropie , un fapt de ordine zero care prezintă atât satisfacție, cât și dificultate pentru o teorie cuprinzătoare. Pe de o parte, oferă o justificare puternică pentru asumarea omogenității și izotropiei, care este comună majorității modelelor cosmologice. Pe de altă parte, o astfel de omogenitate și izotropie sunt dificil de explicat din cauza problemei „orizontului luminii”. În contextul fundalului cosmic cu microunde, problema poate fi exprimată după cum urmează. Luați în considerare radiația de fond care vine la un observator de la orice în mod clar, oricare ar fi sursele finale (plasma fierbinte) ale acestei radiații, fotonii, care călătoresc cu viteza luminii de la emisia lor de către plasmă, au avut doar timp să ajungă pe Pământ acum. o parte a cerului nu ar fi putut să aibă timp să „comunice” cu materia de cealaltă parte (sunt dincolo de orizontul luminos al celuilalt), deci cum este posibil (cu privire la un observator în cadrul drept de odihnă) ca „știu” că au aceeași temperatură cu o precizie care se apropie de o parte din 100.000? Ce contează gradul ridicat de izotropie unghiulară a fundalului cosmic cu microunde?

Un mecanism numit „inflație” oferă o modalitate atractivă din această dilemă . Ideea de bază este că, la energiile mari, materia este mai bine descrisă prin câmpuri decât prin mijloace clasice. Contribuția unui câmp la densitatea energiei (și, prin urmare, densitatea masei) și presiunea stării de vid nu au fost necesare în trecut, chiar dacă este astăzi. În timpul supraunificării (era Planck, 10−43 secunde) sau a marii unificări (epoca GUT, 10−35 secunde), starea cu cea mai mică energie pentru acest câmp ar fi putut corespunde unui „fals vid”, cu o combinație de masă densitatea și presiunea negativă care rezultă gravitațional într-o mare forță respingătoare. În contextul teoriei relativității generale a lui Einstein, se poate considera că falsul fals contribuie la o constantă cosmologică de aproximativ 10100 de ori mai mare decât poate fi astăzi. forța face ca universul să se umfle exponențial, dublându-și mărimea aproximativ o dată la 10−43 sau 10−35 secunde. După cel puțin 85 de dublări, temperatura, care a început la 1032 sau 1028 K, ar fi scăzut la valori foarte scăzute aproape de absolut zero.

Inflația oferă un mecanism pentru înțelegerea izotropiei generale a fundalului cosmic cu microunde, deoarece materia și radiația întregului univers observabil erau în contact termic bun (w ithin orizontul evenimentelor cosmice) înainte de inflație și, prin urmare, a dobândit aceleași caracteristici termodinamice. Inflația rapidă a transportat porțiuni diferite în afara orizonturilor lor individuale de evenimente. Când inflația s-a încheiat și universul s-a reîncălzit și a reluat expansiunea normală, aceste porțiuni diferite, prin trecerea naturală a timpului, au reapărut la orizontul nostru. Prin izotropia observată a fundalului cosmic cu microunde, se deduce că aceștia au aceleași temperaturi.

Având în vedere temperatura măsurată a radiației de 2.735 K, densitatea energetică a fundalului cosmic cu microunde poate fi demonstrată a fi de aproximativ 1.000 de ori mai mică decât densitatea medie a energiei de repaus a materiei obișnuite din univers. Astfel, universul actual este dominat de materie. Dacă cineva se întoarce în timp pentru a schimba roșu z, densitățile medii ale particulelor și fotonilor au fost ambele mai mari cu același factor (1 + z) 3, deoarece universul a fost mai comprimat de acest factor și raportul acestor două numere și-a menținut valoarea actuală de aproximativ un nucleu de hidrogen sau proton pentru fiecare 109 fotoni. Cu toate acestea, lungimea de undă a fiecărui foton a fost mai mică cu factorul 1 + z în trecut decât este acum; prin urmare, densitatea energetică a radiației crește mai repede cu un factor de 1 + z decât densitatea energiei de repaus a materiei. Astfel, densitatea energiei radiației devine comparabilă cu densitatea energetică a materiei obișnuite la o schimbare de roșu de aproximativ 1.000. La deplasările la roșu mai mari de 10.000, radiațiile ar fi dominat chiar și asupra materiei întunecate a universului. Între aceste două valori, la o schimbare de roșu de aproximativ 1.090, radiația s-ar fi decuplat de materie atunci când hidrogenul a fost recombinat.Nu este posibil să se utilizeze fotoni pentru a observa deplasări spre roșu mai mari decât aceasta, deoarece plasma cosmică la temperaturi peste 4.000 K este în esență opacă înainte de recombinare. Acești fotoni dintr-un redshift de 1.090 formează fundalul cosmic al microundelor.

Frank H. Shu