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在更大尺度上的宇宙研究曾經是所有天體物理學中最不精確的，巨大的距離使精確測量幾乎成為不可能。但隨著我們的望遠鏡和技術不斷地改進，現(xiàn)在情況已經大不相同了。我們生活在精確宇宙學的時代，我們知道精確的宇宙細節(jié)：支配我們宇宙誕生、進化和終結的特性。 在以前的文章中，我們談到了其中一個特性：哈勃常數(shù)，以及它的測量帶來的沖突。今天，我們將討論另一種可能有助于解決這一問題的測量方法：重子聲學振蕩，它們是宇宙中最早聲波的化石，烙印在空間星系的分布上。在這些模式中，我們可以閱讀宇宙的膨脹歷史。 重子聲學振蕩 在我們宇宙生命的最初幾十萬年里，所有空間都充滿了等離子形式的氫和氦，我們將這些稱為重子。這是因為當時的溫度還很高，電子還無法被原子核所捕獲。每個電子周圍大約有十億個光子，每個光子都會受到自由電子的影響。這些電子會散射任何波長的光，反過來電子也會被光子所影響，而電子又將這種作用施加在原子核上。我們說在這種狀態(tài)下，光與物質耦合，重子和光子形成了一種奇怪的流體：重子-光子等離子體。  與現(xiàn)在宇宙的溫和氣體云相比，這種狀態(tài)下的物質行為存在三個深刻的差異。首先，重子-光子等離子體是不透明的。第二，光能對這種等離子體施加巨大的壓力，它會導致巨大的聲波。第三，這些聲波傳播得很快，帶電粒子之間通過俘獲光子的快速相互作用意味著等離子體中的聲波以超過光速的一半傳播。 混在重子和光子湯中的是暗物質。事實上，暗物質比重子要重5倍，這意味著它是早期宇宙中占主導地位的引力影響。但與重子不同，它根本不與光相互作用。宇宙充滿了重子、光子和暗物質的熾熱海洋，現(xiàn)在我們需要最后一個要素：密度波動。這些波動可能是宇宙在亞原子大小時隨機量子波動的殘余，而現(xiàn)在它們隨著宇宙膨脹而極大地擴大了。 每個過密區(qū)域的引力都作用于其周圍區(qū)域，將物質拉向自身。特別是，暗物質朝著這個密度峰值向內流動。但同樣在那個峰值處，被禁錮的光子向外施加了巨大的壓力。為了平衡這種壓力，輻射向外推動并攜帶重子，這導致了聲波的產生，它以一種增加密度的膨脹殼的形式出現(xiàn)。請記住，當時聲音的速度大約是光速的一半，所以外殼擴大得很快。  宇宙在膨脹，大約在38萬年的時候，等離子體達到了3000開爾文的臨界溫度，大約是最冷紅矮星的表面溫度。在這個溫度下，電子最終可以被原子核捕獲而形成一個真正的原子。重子從等離子體同相轉變?yōu)闅怏w，我們稱此相變事件為重組。結果是，光和物質不再耦合，宇宙從不透明變?yōu)橥该鳌ｋS著等離子體波和光子的解耦，光開始作為宇宙背景輻射在空間中自由流動。 隨著等離子體變成氣體，聲速從光速的一半下降到每秒只有數(shù)百米。等離子體波轉化成氣體波基本上凍結在其當前狀態(tài)，那個殼的半徑固定在宇宙的膨脹率上。那么，它的大小呢？聲波可以在當時的宇宙年齡中傳播確切的距離，我們稱之為聲音視界。當重組事件發(fā)生時，它的大小大約是50萬光年?，F(xiàn)在，宇宙擴大了1100倍，所以這個殼的大小應該是5億光年左右。  現(xiàn)在，我們仍然可能看到這些殼的存在，不過它們不是由等離子體或氣體構成，而是由星系構成。乍一看，天空中的星系好像是零星分布的，但模式是存在的。探測它需要對天空進行最詳細的調查，需要進行星系紅移調查。通過仔細測量星系在天空中的位置，紅移巡天可以生成宇宙的三維地圖。2005年，北半球的斯隆星系巡天和南半球的兩度視場星系紅移巡天首次發(fā)現(xiàn)了重子聲學振蕩信號。  對重子聲學振蕩的研究為我們提供了一個標準的天空尺，跨越了整個的宇宙時間。它使我們能夠追蹤宇宙的膨脹率，為宇宙膨脹的測量提供了一個獨立的證據(jù)。
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