讓我們先看看下圖這個(gè)奇怪的波形。當(dāng)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和電氣工程師看到這種情況時(shí)，他們會(huì)詢問該函數(shù)是否可以分解為正弦波和余弦波的組合。這種數(shù)學(xué)形式稱為傅里葉級(jí)數(shù)分析，當(dāng)我們對(duì)其應(yīng)用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)波形函數(shù)是許多純正弦波的混合。

在宇宙微波背景的研究中，這種類似的方法也可以用來告訴我們一些信息。相信大家都看過下圖這種CMB圖像，它是由普朗克衛(wèi)星拍攝的，最終版本于2018年公布。在圖中，紅點(diǎn)溫度比平均溫度略高，而藍(lán)點(diǎn)越冷，不過它們之間的變化小于0.01%。如果該圖像令人困惑，可以將CMB圖像視為高爾夫球的表面。高爾夫球基本上是一些球形，但它表面有許多小凹坑，使它變得輕微地凹凸不平。

首先來看一下簡單的情況，球諧函數(shù)最簡單的方程是在南北極之間存在差異，如下圖1所示，這相當(dāng)于只波動(dòng)一次的波函數(shù)。然后，我們就可以擴(kuò)展更復(fù)雜的情況，南北極仍然是一冷一熱，但中間又多了額外的兩條冷熱紋路，相當(dāng)于波動(dòng)兩次的波函數(shù)。按照這個(gè)方式繼續(xù)擴(kuò)展，我們可以得到許多不同的球諧函數(shù)，具有各種波動(dòng)模式。像傅里葉分析一樣，當(dāng)我們把許多合適的球諧函數(shù)疊加在一起的時(shí)候，我們就可以得到CMB的模式了。

但是，當(dāng)我們查看這些球諧函數(shù)的方向時(shí)，謎團(tuán)就出現(xiàn)了。每個(gè)球諧函數(shù)都有一個(gè)軸，軸一般來說不難確定。想象一下橄欖球，它是一種扭曲的球體，它有一個(gè)方向比其他方向更長，軸沿著球最長的方向。所有這些球諧函數(shù)軸的方向都是隨機(jī)的，不應(yīng)該有首選方向。然而，當(dāng)我們觀察一些組成CMB的球諧函數(shù)的方向時(shí)，它們似乎在同一個(gè)方向，更奇怪的是還和太陽系的軸對(duì)齊。

如果邪惡軸還不夠誘人，那么CMB中還有一個(gè)迷人的特征尚未得到滿意的解釋，它就是宇宙冷點(diǎn)。宇宙微波背景的溫度大約為2.7開爾文，那些熱點(diǎn)與冷點(diǎn)上下相差僅18微開爾文，變化真的非常小。然而，有一個(gè)地方非常令人費(fèi)解，它被稱為宇宙冷點(diǎn)，這個(gè)地方的平均溫度比正常溫度低了70微開爾文，最冷的點(diǎn)甚至低了140微開爾文。www.ws46.com

那么，是什么導(dǎo)致宇宙冷點(diǎn)的出現(xiàn)呢？最簡單的解釋是宇宙恰好是這樣創(chuàng)造的，這是一種可能性。但是，有人提出了其他解釋，其中最吸引人的想法是，冷點(diǎn)是宇宙大爆炸后我們的宇宙與另一個(gè)宇宙碰撞留下的痕跡。另外，最被科學(xué)家認(rèn)可的是，在CMB和我們之間存在巨大的超空洞，它是一個(gè)沒有任何星系的區(qū)域。當(dāng)CMB的光進(jìn)入超空洞時(shí)，也就是相當(dāng)于光在遠(yuǎn)離物質(zhì)，根據(jù)廣義相對(duì)論光會(huì)失去能量，此時(shí)溫度看起來就比較低。

現(xiàn)在，天文學(xué)家在宇宙冷點(diǎn)的方向?qū)ふ铱斩础Ｓ行┤苏J(rèn)為這個(gè)空洞的直徑將近20億光年，并且至少位于30億光年之外。其他研究提出了超孔洞的不同距離和大小，還有研究則質(zhì)疑它的存在，這個(gè)問題仍然未解決。