主要观点总结
文章介绍了关于宇宙微波背景辐射（CMB）的知识，包括其起源、历史发现以及科学意义。文章通过类比高考作文的情境，引出宇宙微波背景辐射作为宇宙自身的“第一声啼哭”，并详细解释了其背后的物理原理和发现过程。还提到了捕捉这一微弱信号的历史事件和科学家们的不懈探索。
关键观点总结
关键观点1: 宇宙的“第一声啼哭”：宇宙微波背景辐射（CMB）是宇宙诞生之初发出的电磁辐射。
CMB是宇宙学中“大爆炸”遗留下来的电磁波辐射，是一种黑体辐射（热辐射）。其形成过程可以追溯到宇宙诞生时的高温状态，随着宇宙的膨胀和冷却，光子得以自由传播，形成了我们今天观测到的CMB。
关键观点2: CMB的科学意义：通过精密测量CMB的温度涨落，科学家们可以了解宇宙的早期信息。
CMB的研究有助于揭示宇宙的年龄、几何形状、组成以及早期密度扰动的种子等信息。此外，CMB的发现也是宇宙学研究领域的重要里程碑之一。
关键观点3: 探索历程：捕捉CMB的过程充满了挑战和不易。
科学家们通过射电望远镜观测到这一微弱但重要的信号。阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊的发现获得了诺贝尔物理学奖。他们的实验和解读过程体现了科学探索的精神和不懈追求。
正文
亿年前，宇宙诞生于一个炽热、致密的奇点讲起。
在宇宙的极早期，经历了普朗克时期和大统一时期之后，时间仅仅过去了10⁻³⁶至10⁻³²秒。此时，宇宙是一片由胶子和夸克组成的炽热浓汤。在这个阶段，质子、中子等强子已经形成，而电子、中微子等轻子也陆续出现。紧接着，宇宙进入了指数级膨胀的暴涨阶段。暴涨结束后，在大爆炸后的约5万年之内，宇宙处于
辐射主导时期
，其能量主要以辐射形式存在，整体呈现高温等离子态。 随后，在宇宙大爆炸后约38万年，宇宙进入
物质-辐射退耦与复合时期
： 电子与原子核结合形成中性原子，光子得以自由传播，从而形成了我们今天观测到的宇宙微波背景辐射。
在宇宙年龄
t < 380,000
年
时，温度
T > 3000 K
，物质处于
完全电离的等离子体态
（
primordial plasma
）。此时空间中充满
自由电子（
e
⁻
）
、
质子（
p
⁺
）
、
氦核（
He²
⁺
）
及
高能光子（
γ
）
。光子传播需满足以下物理方程：
该公式表明此时的光子平均自由程极短。早期宇宙的电子数约为当前宇宙密度的10
9
倍，当时的宇宙半径约为40万光年，光子需要碰撞约10
12
次才能逃逸出去，也就相当于区区10
12
年吧~
空间中充满的这些带电粒子中
光子是
电磁辐射的载体，然而，这些光子一旦产生，就会立刻与无处不在的、高速运动的自由电子发生
康普顿散射
。每一次碰撞都改变了光子的方向，使其无法自由穿行，光子被囚禁在了微观尺度。
这就像老舍笔下艺人胸中的曲调翻腾激荡，却被无形的枷锁束缚。
光，宇宙最基本的信使，在这片混沌的等离子海洋中
“
开不了口
”
，无法将信息有效传递出去。
宇宙被包裹在自己炽热的光芒牢笼里，一片模糊不清。
宇宙并非静止，它在膨胀中冷却。大约在
大爆炸后
38
万年
，随着温度降至约
3000
开尔文（约
2700
摄氏度）
以下，自由电子与质子结合的速度终于超过了被高能光子撞开的速度，它们结合形成了中性的
氢原子
,
这个过程称为
复合（
Recombination
）
。
与自由的电子与质子相比，中性氢原子对光子的散射效率很低。宇宙从混沌、不透明的等离子体状态，变得可以观测了！
被禁锢了
38
万年的光子第一次得以在宇宙空间中自由穿行，向所有方向发射出去。这便是宇宙的
“
开口
”
时刻，它发出了创世以来的
“
第一声
”
——
原初光子
。
三体中宇宙微波背景“闪烁”不可能的原因正是由于CMB
的表现非常稳定，而且是各向同性的。（来源：《三体》剧照）
光子退耦这一事件在宇宙中形成了一个球面，所有观测到的
CMB
光子均来自这个球面，虽然我们将这个变化比喻成
“
第一声啼哭
”
，但是这个过程并不是一瞬间完成的，这一阶段大概持续了
11.7
