宇宙复合：当宇宙变得透明

什么是宇宙复合？

复合时期是指大爆炸后约38万年，宇宙温度降至3000开尔文以下。此时，自由电子得以与质子核结合，形成中性氢原子。这一过程使此前被困于不透明等离子体中的光子得以自由传播：宇宙变得透明。

注：中性氢指的是质子与电子结合、未被电离的氢原子。这种气体标记为H I，是宇宙在复合时期之后的主要组成部分。 其丰度与分布可通过所谓的“21厘米”辐射进行研究，该辐射源于基态电子的超精细跃迁。 请勿与莱曼-α谱线（121.6纳米）混淆，后者对应电子在能级 \(n=2\) 与 \(n=1\) 之间的跃迁。

宇宙的转折点

这一刻标志着宇宙微波背景辐射（CMB）的释放，该辐射于1965年由阿诺·彭齐亚斯（1933-2024）和罗伯特·威尔逊（1936-）首次观测到。复合过程并非瞬间完成，而是持续了数万年之久。

观测结果

复合作用使我们得以探测早期宇宙。COBE、WMAP和普朗克卫星所测量的宇宙微波背景辐射中的微小温度涨落，直接与当时存在的各向异性相关。这些数据提供了关于物质密度、宇宙几何结构以及星系形成初始条件的丰富信息。

注：宇宙微波背景的各向异性指的是在化石辐射中观测到的微小温度变化（≈ 10⁻⁵）。它们反映了复合前原始等离子体中密度和速度的局部差异。这些不均匀性充当了星系和大尺度结构形成的引力种子。对其精确的测绘构成了大爆炸模型最有力的证据之一。

• 来源：Saha，《物理评论》1931年；彭齐亚斯与威尔逊，《天体物理学报》1965年；NASA COBE任务；ESA普朗克任务。