当一个人仰望夜空，他会看到群星闪耀，它们的星光从宇宙深处射来，抵达我们所在的地球。如果有人拿出一架大型望远镜——那种不仅可以用来看可见光，还能探测到各种电磁辐射的望远镜，那么他一定能看到更多事物：遥远的星系射出的伽马射线，宇宙辐射中的X射线，诸多恒星、星系和星云的可见光，我们的星系中恒星间随处飘浮的尘埃与氢气发出的深红外线光晕。
可这一切背后还有一种辐射，大家起初测量该辐射时都颇感困惑。时至今日，人们也没能完全搞懂它。1964年，人们首次收到这些信号，一开始以为是静电干扰或者天线的测量误差。
该辐射从四面八方而来，就算你将望远镜对准群星与星系之间、夜空中最黑的那一点，你也依然能看到它。用射电天文望远镜最容易接收到这种辐射，另外它的波长在几厘米到几十厘米的范围内，也正是因为这一点，它一直被称为宇宙微波背景（cosmicmicrowavebackground），或者被简称为CMB。
宇宙微波背景——恒星间的光
CMB与其他辐射有一些不同。首先，我们之前说过，它从四面八方而来，而且波长都差不多。那么，辐射源肯定并非只有一个，而是充斥着整个宇宙（每立方米约有400个CMB的光子）。
比这更令人困惑的是，该辐射处于热力学平衡状态。这意味着所有属于CMB的光子都有着特定的能量分布，就好像它们之间一直有相互作用，在来回交换能量一样。这对于辐射而言非常罕见。举例来说，激光发出的光子没有任何温度，因为它们的能量完全相同。来自放射性衰变的辐射确实分布着一定的能量，但不是热力学的：放射性辐射也没有温度。
不过，我们举个例子，来自太阳的光粒子确实有能量的热力学分布。这些光线是有温度的，那正是太阳的温度，几千摄氏度。那CMB的温度是多少？大概只有2.7开尔文，约等于-271摄氏度。冷得可怕！
正如前文所示，为了让大量粒子达到热力学平衡状态，即有一个明确的温度，它们需要长时间地来回交换能量，直到能量大致（但并非精确地）平均分布。但光子无法这样做。交换能量的唯一方式是相互碰撞，而光子彼此之间不能相互作用。它们交换能量唯一的方式是间接的：一个光子先撞上一个原子，这个原子又撞上另一个光子。如此一来，能量就可以从第一个光子转移到第二个光子上。这就是太阳内部一直在发生的事情，也是太阳发出辐射处于热力学平衡状态的原因。
事实上，这是我们知道的让这种情况发生的唯一方法。只需要那些原子或者其他某种物质做介质就可以了！换句话说，我们有充分的理由认为，CMB的辐射是具有一定温度的某种热辐射，其来源是气体、等离子体或其他事物。但具体发射源是什么？又应该在何处？我们身边的CMB无所不在，可等离子体在哪里呢？
来自140亿年前的余晖
简单来说：等离子体就是我们！其实，是曾经的我们——准确点说，CMB是整个宇宙都均匀分布着灼热、稠密的等离子体那个时期的余晖。等离子体无处不在，而且处于热力学平衡状态，因此具有一定的温度。现在由于等离子体由很多正负粒子组成，当时的光子无法在不碰粒子的情况下飞出哪怕一秒（光子就是喜欢和带电粒子相互作用）。因此，宇宙中所有的光子也都与等离子体处于热力学平衡状态，并且具有相同的温度。
因为当时宇宙膨胀了（其实它如今依然在膨胀），等离子体慢慢冷却了，光子也冷却了。也就是说，直到某个时候，宇宙冷却到一定程度，所有的正负粒子结合在一起，形成了构成宇宙物质的电中性原子（主要是氢原子）。光子与中性原子相互作用的可能性比与带电等离子体相互作用的可能性要小得多，所以突然间光子就再也没有它可与之相互作用的物质了。过了一阵子——即所谓的“复合”——宇宙开始对光粒子变得透明。从那时起，当时的光子便充满了宇宙，构成了CMB。它们是来自宇宙不那么好客的时代的微弱余晖。
当时的物质粒子早已脱离了热力学平衡，化作了更有趣的形式，比如恒星、星云、星系、行星、大陆、树木和草莓冰激凌。但当时的光子依然无处不在，依然处于热力学平衡状态。唯一发生在它身上的事情就是冷却。但它冷却并非因为散发了能量，而是因为宇宙膨胀得太厉害了。
计算表明，复合发生于宇宙大爆炸后约37.7万年，即约134亿年前！从那时起，宇宙的大小增加了约1100倍。
现在，对于光子来说，它们所拥有的能量与其波长有关。空间本身膨胀，它们的波长也会增长。由于波长越长意味着波的能量越低，所以自复合以来，CMB的温度降低到约原来的1/1100。在宇宙变得透明的时候，等离子体的温度约为3000开尔文（约2700摄氏度）。今天，它的温度只有那时的1/1100，即约2.7开尔文。
从宇宙最古老的光中了解它的历史
我们可以理直气壮地说，CMB由宇宙中最古老的光子组成。其他光子都是复合后才出现的。而由于CMB从那时起就一直没怎么受过干扰，所以它成了我们研究的一大遗迹。事实上，我们能对它的鲜明特征有许多不同的解读。你看，不是每个方向上的CMB都完全相同。它们存在着微乎其微的温度波动，至多0.004开尔文。虽然这听起来并不多，但它告诉我们，一开始充满了宇宙，后来形成了今天构成我们的物质的等离子体都有极微小的密度波动。更不用说，这些波动会因引力作用而随时间推移普遍增加。我们也可以将其与我们通过引力了解到的情况，以及今天普通物质在宇宙中的分布方式进行比较。例如，这就是推断世界上肯定有某种暗物质存在的一种方式。最近，BICEP（宇宙泛星系偏振背景成像）实验声称，人们可以从CMB的偏振中看出最早的引力波（大爆炸留下的震动）的痕迹。遗憾的是，在撰写本文时，我们发现该实验数据似乎并非精确测量的结果。
