重子聲學振盪是宇宙中可見的重子物質的規則週期性密度漲落。正如超新星可以作為標準燭光， 重子聲學振盪的物質成團性也可以作為測量宇宙學距離的標準尺。
重子聲學振盪名字聽起來高端，其實它就是一個瞭解宇宙膨脹歷史的科學測量方法！今天就瞭解下它為何物？
想象一下你正在觀察宇宙，在宇宙中你會看到一些光點，包括行星、恆星、星系、星系團等等，如果你想用自己所看到的東西來測量宇宙在過去到現在的每時每刻是如何膨脹的。
你會怎麼做？
我們如何測量和發現宇宙的膨脹歷史
宇宙中的每一個物體都有一些固有的屬性，也就是物體本身的物理特性。這包括：
- 它的質量，
- 它的大小，
- 和它的光度（或內稟亮度）。
如果我們的觀察儀器足夠好，我們就可以直接測量一個物體的表觀大小或表觀亮度，也就是從我們地球的位置上看，目標物體它看起來有多大或有多亮。
而宇宙中的某些目標對象有其本質上固有的屬性。例如我們觀察的是一個恆星或星系，那麼它的本質屬性也可以很容易地測量出來，比如通過其發射線的寬度，光度變化週期，或者它的光曲線的形狀！這可以告訴我們所看到的物體的本質。
如果我們能做到以下三件事：
- 知道一個物體的固有性質，（內稟亮度）
- 測量物體相同的表觀特性，（表觀亮度）
- 測量距離或退行速度/紅移，（多普勒效應）
我們就可以瞭解宇宙是如何在其歷史中碰撞的！天文學家已經掌握了兩種方法來測量宇宙的膨脹。
一種是利用亮度作為標準去測量：如我們知道某物本質上有多亮，然後再去測量它的表觀亮度，我們還知道亮度在膨脹的宇宙中是如何隨距離（和紅移）變化的，就可以通過這種方式推斷宇宙的膨脹歷史。當我們使用亮度進行測量時，使用的物體就被稱為標準燭光，因為如果我們知道蠟燭的固有亮度，我們只需要測量它看起來有多亮，就可以立刻知道它離我們有多遠。這就是哈勃當年使用造父變星和後來人們使用Ia型超新星的例子。
另一種方法是使用物體的大小：如果我們知道一個物體本質上有多大，那麼就可以測量它看起來有多大（它的角度大小），而且我們還知道在膨脹的宇宙中大小是如何隨著距離（和紅移）變化的，就可以知道宇宙是如何演變成現在這個樣子的。
使用這樣的物理尺寸就被稱為標準尺，但唯一被“標準化”的物體是單個恆星的太小。而星系並沒有一個標準的大小。
以上就是我們以前常用的兩種方法。不過第一種大家更熟悉一些。
重子聲學振盪如何揭示宇宙的膨脹歷史
當我們瞭解到宇宙是由什麼構成的時候，特別是當我們瞭解到暗物質的存在以及大爆炸之前的暴脹時期之後，一切都改變了。我們知道，宇宙開始時物質分佈幾乎是均勻的，在所有尺度上存在微小的波動，或者物質密度比平均密度略大（或略小）的區域。
隨著宇宙年齡的增長，引力（以光速運動）可以達到越來越遠的地方，導致越來越大的尺度收縮和坍塌。當宇宙還很年輕的時候，氣體雲並沒有冷卻到位（溫度還很高），如果氣體雲坍塌得太厲害，那麼輻射的壓力就會把氣體雲再推出去。引力又會吸引一部分氣體雲在次坍縮，如果溫度還是很高，那麼輻射壓力又會被氣體雲再次推出去，由於氣體雲是重子物質，這種來回振盪就類似於聲波，因此我們稱其為重子聲學振盪。
這就是為什麼我們會在大爆炸的餘輝中會看到一些擺動、波動的圖案。
隨著時間的推移，宇宙的膨脹，第一個大的波動峰值就會轉化為一個尺度，在這個尺度上，我們更有可能看到兩個相距一定距離的星系。而今天這個距離相當於5億光年，這意味著如果我們在宇宙中選擇一個星系，更有可能在5億光年的距離上找到第二個星系，而不是在4億光年或6億光年。
這種距離尺度（星系之間相互關聯的尺度）被稱為聲學尺度，因為是重子（比如質子）在這些密度過高的區域內來回振盪。造成這種距離相關的現象被稱為重子聲振盪（BAO），我們可以利用這種紅移來測量宇宙膨脹率隨時間的變化。
就在20年前，重子聲振盪並不是測量宇宙中任何事物的可行方法。但是隨著兩度場星系紅移測量（2dFGRS）和目前的斯隆數字天空測量（SDSS）等測量方法的出現，我們已經測量了足夠多的星系的位置和紅移，並獲得前所未有的宇宙大尺度結構的細節。
SDSS-III發佈的數據，這是一張星系地圖。圖片上的每一個點和像素代表了整個星系。
通過重子聲波振盪，我們從中得到的不僅是暗能量佔宇宙總能量的三分之二（與宇宙微波背景輻射和超新星數據一致）而且暗能量與宇宙常數一致，隨著時間的推移保持不變，達到了有史以來的最高精度！
十年前，我們知道宇宙由暗能量主導，但w的不確定性，即暗能量狀態方程參數（w=P/ρ）的確定性非常大。我們可以說w在-0.5到-3.0之間，這是一個很大的範圍。今天由於重子的聲學振盪，我們可以說w在-0.87和-1.15之間，這是一個不可思議的進步！未來的調查，比如LSST將進行的調查，將把這種不確定性降低到幾個百分點：如果進展順利，我們應該可以說w在-0.98到-1.03之間。
總結：那麼，到底什麼是重子聲學振盪呢？
宇宙始於密度的微小漲落，引力同時作用於普通物質和暗物質，但只有普通物質通過電磁相互作用被推出，這一事實就產生了宇宙中的“特殊尺度”。今天，我們可以通過觀察星系之間的距離來觀察這個特殊的尺度，而這個距離隨著宇宙的膨脹、隨著時間的推移而演變。
不僅僅是在今天，而是在所有我們能測量到的尺度上，瞭解宇宙的整個膨脹歷史。
這是一種瞭解宇宙組成成分，膨脹歷史，包括暗能量，而不需要知道任何物體亮度的方法！
閱讀更多 量子科學論 的文章
