宇宙本身不过是一条原因和结果的无穷的链条。——〔法〕霍尔巴赫：《自然的体系》
微波背景辐射的发现揭示宇宙热大爆炸的起源，天空中近乎完美的均匀和微小的温度波动为我们揭示了宇宙诞生时所发生的事情。那么你可能有个疑问：微波辐射中冷热点的温度波动是怎么来的？如果它是受到了早期物质分布的密度影响，那宇宙中现存的星系、星系团会不会也在影响我们看到微波辐射？
让我们先回到宇宙的开端！
最后的散射面
热大爆炸发生时，宇宙只是由一团粒子、反粒子和辐射组成的高温物质浓汤。这时的宇宙空间曲率和物质分布几乎是平坦和均匀的（但不完全是）。因为暴胀在热大爆炸之前拉伸了整个宇宙空间，让可见宇宙的曲率为零，也让无处不在的微小量子涨落充满了整个可观测宇宙，形成了密度过高和密度过低的区域。
这时的宇宙一直在膨胀，而万有引力却想把一切都拉到一起，物质和能量密度过高的区域会吸引越来越多的物质，并试图在所有的尺度上重新让宇宙坍缩。当万有引力与膨胀之间展开撕扯斗争时，宇宙也在冷却，因为膨胀的宇宙不仅导致单位体积的物质被稀释，它还拉伸了辐射粒子，也就是光的波长。
当宇宙冷却到足以打破正反物质的对称性，多余的粒子-反粒子对湮灭，质子和中子形成稳定的原子核，最后直到宇宙可以首次稳定的形成中性原子，因为此时的辐射能量已经太低，不足以再次电离中性原子。这个时候大爆炸留下的余辉，也就是光子可以沿着直线自由的传播而不会受任何阻碍，因为之前导致光子散射的自由电子最终都和原子核结合在了一起，形成了中性原子。微波辐射光子最后的发出也被称为“最后的散射面”
此时的辐射本身是完全均匀且温度相同。但我们看到的微波辐射并不完全均匀。暴胀不仅造成了密度略高和密度略低的区域，而且在某些尺度上（尤其是较小的尺度），引力会使这些密度过高和密度过低的区域持续增长。
那么，为什么辐射本身是完全均匀的，而我们看到的却不是？
还记得爱因斯坦的广义相对论所提出的最重要概念吗？物质和能量的存在可以使空间弯曲。如果一个空间区域的物质密度过高（有更多的物质和更多的能量），那么这个位置的空间会被弯曲的更加严重，这意味着任何爬出这个区域的光都会发生引力红移。
因此，如果一开始所有的光线都有相同的温度，但有些区域的密度比平均值大或小，那么光线完全爬出这些区域，进入我们的眼睛会发生什么?
由于引力红移高于平均水平，密度较大的区域看起来更冷，而密度较小的区域由于引力红移低于平均水平，看起来更热。这就是所谓的非完全萨克斯–沃尔夫效应。这个效应发生在最后的散射面上，此影响是CMB波动的主要来源。
当我们看到宇宙微波背景辐射（CMB）的温度波动时，其中的冷点将对应于密度过高的区域，由于引力的作用，这些区域将在未来形成比平均水平更密集的恒星、星系和星系团。另一方面，热点是密度较低的区域，平均而言，这些区域会将更多的物质转移到密度较高的周边区域，因此会产生比平均水平更少的恒星、星系和星团。
那么宇宙中现存所有的恒星、星系和星系团如何影响光子？
其实它们也会对微波辐射的光子造成同样的影响，当这些原始辐射从恒星、星系、星系团的引力井里爬出来时，也会发生引力红移。毕竟就像哈勃告诉我们的那样，宇宙中充满了星系，即使在我们看来空无一物的空间区域内也充满了大量的星系。
正常情况下星系或者星系团不会对微波辐射的光子造成任何影响。因为当光子第一次落入引力井时，它被蓝移了一定的数量，而当它再次爬出引力井时，它又被红移了相同的数量！
但是，当光子落入的引力井时，有两种特殊的效应可以改变光子的能量，而且这两种效应都会影响到CMB：
星系/星系团中的气体，由于其温度和运动，会引起宇宙微波背景辐射温度的变化。这被称为苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应（分别是热分量和运动学分量），并且已经在几个星系团中被预测和检测到了。它说的主要是星系团中的高能电子会与微波辐射的光子发生作用，将一部分能量转移到光子身上，这样就会造成高能光子增加，使得微波辐射不再是理想的黑体辐射。
星系团的引力势井（无论它们是密度过高还是过低）可以在一个光子下落并逃逸的过程中，使其波长微妙的或增或减，并随时间改变其能量。这就是所谓的完全萨克斯–沃尔夫效应，它实际上是在大规模波动中发挥了作用，并且发生在最后的散射面到地球之间，因此它不是CMB的原始波动。这个效应产生的原因是，由于暗能量的加速膨胀，大规模引力势阱（超星系团）和宇宙超空洞会随着光子穿过它们的时间发生引力衰减或增强。一个光子进入一个引力势阱（超星系团）会得到能量，在光子离开时，引力势阱会被膨胀拉长和变浅，那么光子就会保留了一部分能量。同样地，光子必须消耗能量进入超空间，但当它离开稍微被压扁的势垒时，就不会把损失的能量全部收回，也就是说光子的能量会降低。
事实上，有一段时间我们很难解释微波辐射中存在一个大范围的冷点，它看起来比平均温度低了好多，在理论上不可能存在。
但是在对该区域的星系进行观察之后，我们确定在这个巨大的区域中，星系数量比平均数量少了20%，这意味着这是一个巨大的宇宙空洞，也就是上文说的超空间，由于完全萨克斯–沃尔夫效应改变了超空间的引力势阱，导致穿过这个区域的CMB光会发生额外的红移，或者比平均温度更冷。
从宇宙微波背景辐射中产生的冷点只是一个普通的冷点，而这个“超空间”又导致了这一区域的额外冷却，这只是一个普通的低密度区域。我们通过将星系地图和宇宙微波背景辐射联系起来，实际上我们可以在任何引力或天体物理效应发挥作用之前，更好地理解宇宙在它诞生时的样子！
这就是宇宙微波辐射波动的最初来源和后期星系团对波动的影响。
