熱大爆炸發(fā)生時，宇宙只是由一團粒子、反粒子和輻射組成的高溫物質(zhì)濃湯。這時的宇宙空間曲率和物質(zhì)分布幾乎是平坦和均勻的（但不完全是）。因為暴脹在熱大爆炸之前拉伸了整個宇宙空間，讓可見宇宙的曲率為零，也讓無處不在的微小量子漲落充滿了整個可觀測宇宙，形成了密度過高和密度過低的區(qū)域。

這時的宇宙一直在膨脹，而萬有引力卻想把一切都拉到一起，物質(zhì)和能量密度過高的區(qū)域會吸引越來越多的物質(zhì)，并試圖在所有的尺度上重新讓宇宙坍縮。當(dāng)萬有引力與膨脹之間展開撕扯斗爭時，宇宙也在冷卻，因為膨脹的宇宙不僅導(dǎo)致單位體積的物質(zhì)被稀釋，它還拉伸了輻射粒子，也就是光的波長。

當(dāng)宇宙冷卻到足以打破正反物質(zhì)的對稱性，多余的粒子-反粒子對湮滅，質(zhì)子和中子形成穩(wěn)定的原子核，最后直到宇宙可以首次穩(wěn)定的形成中性原子，因為此時的輻射能量已經(jīng)太低，不足以再次電離中性原子。這個時候大爆炸留下的余暉，也就是光子可以沿著直線自由的傳播而不會受任何阻礙，因為之前導(dǎo)致光子散射的自由電子最終都和原子核結(jié)合在了一起，形成了中性原子。微波輻射光子最后的發(fā)出也被稱為“最后的散射面”

此時的輻射本身是完全均勻且溫度相同。但我們看到的微波輻射并不完全均勻。暴脹不僅造成了密度略高和密度略低的區(qū)域，而且在某些尺度上（尤其是較小的尺度），引力會使這些密度過高和密度過低的區(qū)域持續(xù)增長。

還記得愛因斯坦的廣義相對論所提出的最重要概念嗎？物質(zhì)和能量的存在可以使空間彎曲。如果一個空間區(qū)域的物質(zhì)密度過高（有更多的物質(zhì)和更多的能量），那么這個位置的空間會被彎曲的更加嚴重，這意味著任何爬出這個區(qū)域的光都會發(fā)生引力紅移。

因此，如果一開始所有的光線都有相同的溫度，但有些區(qū)域的密度比平均值大或小，那么光線完全爬出這些區(qū)域，進入我們的眼睛會發(fā)生什么？

由于引力紅移高于平均水平，密度較大的區(qū)域看起來更冷，而密度較小的區(qū)域由于引力紅移低于平均水平，看起來更熱。這就是所謂的非完全薩克斯–沃爾夫效應(yīng)。這個效應(yīng)發(fā)生在最后的散射面上，此影響是CMB波動的主要來源。

當(dāng)我們看到宇宙微波背景輻射（CMB）的溫度波動時，其中的冷點將對應(yīng)于密度過高的區(qū)域，由于引力的作用，這些區(qū)域?qū)⒃谖磥硇纬杀绕骄礁芗暮阈?、星系和星系團。另一方面，熱點是密度較低的區(qū)域，平均而言，這些區(qū)域會將更多的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到密度較高的周邊區(qū)域，因此會產(chǎn)生比平均水平更少的恒星、星系和星團。

其實它們也會對微波輻射的光子造成同樣的影響，當(dāng)這些原始輻射從恒星、星系、星系團的引力井里爬出來時，也會發(fā)生引力紅移。畢竟就像哈勃告訴我們的那樣，宇宙中充滿了星系，即使在我們看來空無一物的空間區(qū)域內(nèi)也充滿了大量的星系。

正常情況下星系或者星系團不會對微波輻射的光子造成任何影響。因為當(dāng)光子第一次落入引力井時，它被藍移了一定的數(shù)量，而當(dāng)它再次爬出引力井時，它又被紅移了相同的數(shù)量！

但是，當(dāng)光子落入的引力井時，有兩種特殊的效應(yīng)可以改變光子的能量，而且這兩種效應(yīng)都會影響到CMB：

星系/星系團中的氣體，由于其溫度和運動，會引起宇宙微波背景輻射溫度的變化。這被稱為蘇尼亞耶夫-澤爾多維奇效應(yīng)（分別是熱分量和運動學(xué)分量），并且已經(jīng)在幾個星系團中被預(yù)測和檢測到了。它說的主要是星系團中的高能電子會與微波輻射的光子發(fā)生作用，將一部分能量轉(zhuǎn)移到光子身上，這樣就會造成高能光子增加，使得微波輻射不再是理想的黑體輻射。

星系團的引力勢井（無論它們是密度過高還是過低）可以在一個光子下落并逃逸的過程中，使其波長微妙的或增或減，并隨時間改變其能量。這就是所謂的完全薩克斯–沃爾夫效應(yīng)，它實際上是在大規(guī)模波動中發(fā)揮了作用，并且發(fā)生在最后的散射面到地球之間，因此它不是CMB的原始波動。這個效應(yīng)產(chǎn)生的原因是，由于暗能量的加速膨脹，大規(guī)模引力勢阱（超星系團）和宇宙超空洞會隨著光子穿過它們的時間發(fā)生引力衰減或增強。一個光子進入一個引力勢阱（超星系團）會得到能量，在光子離開時，引力勢阱會被膨脹拉長和變淺，那么光子就會保留了一部分能量。同樣地，光子必須消耗能量進入超空間，但當(dāng)它離開稍微被壓扁的勢壘時，就不會把損失的能量全部收回，也就是說光子的能量會降低。

事實上，有一段時間我們很難解釋微波輻射中存在一個大范圍的冷點，它看起來比平均溫度低了好多，在理論上不可能存在。

但是在對該區(qū)域的星系進行觀察之后，我們確定在這個巨大的區(qū)域中，星系數(shù)量比平均數(shù)量少了20%，這意味著這是一個巨大的宇宙空洞，也就是上文說的超空間，由于完全薩克斯–沃爾夫效應(yīng)改變了超空間的引力勢阱，導(dǎo)致穿過這個區(qū)域的CMB光會發(fā)生額外的紅移，或者比平均溫度更冷。

從宇宙微波背景輻射中產(chǎn)生的冷點只是一個普通的冷點，而這個“超空間”又導(dǎo)致了這一區(qū)域的額外冷卻，這只是一個普通的低密度區(qū)域。我們通過將星系地圖和宇宙微波背景輻射聯(lián)系起來，實際上我們可以在任何引力或天體物理效應(yīng)發(fā)揮作用之前，更好地理解宇宙在它誕生時的樣子！

這就是宇宙微波輻射波動的最初來源和后期星系團對波動的影響。