Förutom de små fluktuationerna som diskuterats ovan (en del av 100 000) uppvisar den observerade kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen en hög grad av isotropi , ett nollordningsfakta som presenterar både tillfredsställelse och svårighet för en omfattande teori. Å ena sidan ger det en stark motivering för antagandet om homogenitet och isotropi som är gemensamt för de flesta kosmologiska modeller. Å andra sidan är sådan homogenitet och isotropi svåra att förklara på grund av ”ljushorisont” -problemet. I samband med den kosmiska mikrovågsbakgrunden kan problemet uttryckas enligt följande. Tänk på bakgrundsstrålningen som kommer till en observatör från vilken som helst två motsatta sidor av himlen. Uppenbarligen, oavsett vilka ultimata källor (het plasma) för denna strålning, har fotonerna, som rör sig med ljusets hastighet sedan de utsänds av plasma, bara haft tid att nå jorden nu. ena sidan av himlen kunde inte ha haft tid att ha ”kommunicerat” med saken på andra sidan (de är bortom varandras ljushorisont), så hur är det möjligt (med avseende på en observatör i rätt viloram) de ”vet” att ha samma temperatur till en precision som närmar sig en del i 100.000? Vad står för den höga graden av vinkelisotropi hos den kosmiska mikrovågsbakgrunden?

En mekanism som kallas ”inflation” erbjuder ett attraktivt sätt ur detta dilemma . Grundidén är att materien vid höga energier beskrivs bättre av fält än med klassiska medel. Fältets bidrag till energitätheten (och därför massdensiteten) och vakuumtillståndets tryck behöver inte ha varit noll tidigare, även om det är idag. Under superunifikationstiden (Planck-eran, 10−43 sekund) eller storföreningen (GUT-eran, 10−35 sekund), kan det lägsta energitillståndet för detta fält ha motsvarat ett ”falskt vakuum”, med en kombination av massa densitet och undertryck som resulterar i gravitation i en stor avstötande kraft. Inom Einsteins allmänna relativitetsteori kan det falska vakuumet alternativt betraktas som en bidragande kosmologisk konstant som är ungefär 10100 gånger större än vad den kan vara idag. Motsvarande avstötande kraft får universum att exponera exponentiellt och fördubblar storleken ungefär var 10−43 eller 10–35 sekund. Efter minst 85 fördubblingar skulle temperaturen, som började vid 1032 eller 1028 K, ha sjunkit till mycket låga värden nära absolut noll.

Inflation ger en mekanism för att förstå den totala isotropin för den kosmiska mikrovågsbakgrunden eftersom materien och strålningen i hela det observerbara universumet var i god termisk kontakt (w inom den kosmiska händelsehorisonten) före inflation och förvärvade därför samma termodynamiska egenskaper. Den snabba inflationen bar olika delar utanför deras individuella händelsehorisonter. När inflationen slutade och universum återuppvärmdes och återupptog normal expansion, dyker de olika delarna upp genom vår naturliga tid igen i vår horisont. Genom den observerade isotropin i den kosmiska mikrovågsbakgrunden antas de fortfarande ha samma temperaturer.

Med tanke på den uppmätta strålningstemperaturen på 2,735 K, kan energitätheten för den kosmiska mikrovågsbakgrunden visas vara ungefär 1000 gånger mindre än den genomsnittliga vilenergitätheten för vanlig materia i universum. Således är det nuvarande universum materia-dominerat. Om man går tillbaka i tiden för att förskjuta z var det genomsnittliga antalet densiteter för partiklar och fotoner båda större med samma faktor (1 + z) 3 eftersom universum var mer komprimerat av denna faktor, och förhållandet mellan dessa två siffror skulle ha behöll sitt nuvarande värde på cirka en vätekärna, eller proton, för varje 109 fotoner. Våglängden för varje foton var dock kortare med faktorn 1 + z tidigare än den är nu; därför ökar strålningens energitäthet snabbare med en faktor 1 + z än materiens vilande energitäthet. Således blir strålningsenergidensiteten jämförbar med energitätheten för vanligt ämne vid en rödförskjutning på cirka 1000. Vid rödförskjutningar större än 10 000 skulle strålning ha dominerat även över universums mörka materia. Mellan dessa två värden, vid en rödförskjutning på cirka 1 090, skulle strålning ha kopplats från materia när väte rekombinerades.Det är inte möjligt att använda fotoner för att observera rödförskjutningar som är större än detta, eftersom den kosmiska plasman vid temperaturer över 4000 K är väsentligen ogenomskinlig före rekombination. Dessa fotoner från en rödförskjutning på 1 090 bildar den kosmiska mikrovågsbakgrunden.

Frank H. Shu