最後散射面到底是什麼面 / 電子和質子的恩怨情仇

光子無法和光子直接進行交互作用，必須透過電荷的作用來達成熱平衡。早期宇宙多數電子都和質子糾纏不清，所以光子就必須和氫原子的軌道電子眉來眼去，互通訊息。

有些天文物理學家會把3000K的宇宙，光子找不到電子的時間點，當成氫原子穩定成形的時間。這嚴格講，其實不太對。

質子和電子

光子騷擾軌道電子的方式，基本上是光子能量剛好是能階差，就可以誘發軌道電子做能階躍遷，不然就是古典電磁波造成的庫倫散射，和高能量光子碰撞（可以視為自由）電子的粒子間康卜吞散射。

質子和電子在更早就已經結合成原子。就像諸侯招賢納士，剛開始來的能人電子，有可能還是會突然跑去找別的質子，但是中性的宇宙表示絕大多數的質子和電子，在還沒確認君臣關係前已經開始配對。即使君臣關係確認後，外來的光子還是會不時騷擾原子，造成部分電子跑到別人家的窘況，但是絕大多數原子在統計上還是可以說非常穩定。

38萬年可以想像成君臣關係穩固，光子騷擾的能力接近零，原子終於建立穩定的君臣狀態。但是在微觀的世界，電子還是會受到非平衡光子的騷擾，也會受到量子穿隧的影響到處亂跑。嚴格講，原子沒有一時一刻是穩定的。

回到熱平衡的物理
宇宙光子的平衡溫度降到13.6 eV（大約136000K)以下時，大多數光子都無法「直接」「有效」游離最穩定的氫原子，開始有氫原子開始不受光子的影響，穩定的結合成氫原子。但是光子仍然能透過分次的能階躍遷游離氫原子，然而這個時候多數氫原子的結構應該都相當的穩定。因此，這個時間點大致上可以說是氫原子穩定成形的時間。

除了能階躍遷，低能量的光子還是能透過康普頓散射，和湯姆生散射騷擾軌道電子，但是不影響氫原子的穩定結構。情況在大霹靂後大約三十八萬年，宇宙溫度降到三千K(絕對溫度三千度)時才發生重大的改變。這時的光子開始無法和任何氫原子的軌道電子發生任何有效的碰撞（散射），因此光子找不到任何可以騷擾的對象，開始在宇宙中通行無阻。自傲的光子只能自稱找不到適合的談話對象，宣稱自己自由自在的遨遊宇宙。

就像能見度高的晴天，光可以穿越很長的距離都撞不到擋在視線前的空氣分子，光子就像在透明的宇宙裡，無法無天的自由闖蕩宇宙。這時我們就說宇宙變成透明的。

能見度高低，涉及光子的能量和氣體分子的密度。光子的能量越低波長越大，越不容易和電子糾纏，電子密度越低，光子越不容易找到軌道電子騷擾。這個光子看到上一個電子到看到下一個電子中間所走過的距離，我們稱為平均自由徑，就是光子保持單身、自由的距離。平均自由徑越長，能見度越高。

因為宇宙不斷膨脹，溫度持續下降，所以宇宙越老，電子密度越低、光子能量也越低，就在38萬年時，光子走過整個宇宙也找不到騷擾的對象，宇宙也正式進入透明的狀態。

這個光子散射不再發生的時間點，稱為最後散射面。面，指的是四維時空裡以時間為分界的切面，不是一般的空間表面。

因為散射不可能說停就停，所以真正的最後散射面，指的是38萬年前後一段時間的現象，不是真的指一個時間點。最後散射面就是多數氫原子不用再擔心有人來騷擾軌道電子的轉捩點。

CMB光子是熱平衡光子/不是原子的俘虜

有的文獻會提到，CMB光子是「物質在大霹靂後三十八萬年釋出的光子。」
我們看到的CMB光子，只有一丁點是在「38萬年前後」和電子有過遭遇，其他的光子多數早就已經「自由自在」很久了，雖然他們確實已經在宇宙初始到38萬年間，和電子遭遇過無數次，也是如此才有辦法達成熱平衡。但是，宇宙裡的軌道電子實在太侷限了，大多數光子想找電子聯誼，已經找到急昏頭，還是一事無成。
我其實都不會說這些光子是「原子釋放出來」，都是說「碰撞或散射後」，這也是「最後散射面」的本意。因為光子多數在宇宙太初就已經存在，碰撞過程有時會被吸收，再釋出，被吸收、被釋出只是一個過程，說「被原子釋出」，感覺有點怪怪的，好像光子原本就應該是俘虜。
說我們隨時都可以看到和原子遭遇過的光子，嚴格講也還可以勉強說得通。因為我們現在觀看CMB的重點，確實是要看這些有過遭遇的少數光子，藉以了解當時宇宙的大結構（原子分布的狀況）。這些「少數」特別的光子，就是38萬年遭遇現場的目擊者，是第一現場的目擊者，身負重任。