宇宙微波背景辐射（Cosmic Microwave Background Radiation，CMBR）是宇宙中最早的辐射，是宇宙大爆炸的遗留物之一。它是一种在宇宙中普遍存在的微波辐射，具有非常均匀的温度分布，其温度约为2.73K。
宇宙微波背景辐射证实了宇宙大爆炸理论的一些预言，例如宇宙在早期是非常热的，并且在宇宙膨胀过程中逐渐冷却。
此外，宇宙微波背景辐射的温度非常均匀，这也支持了宇宙大爆炸后宇宙的均匀性和各向同性。
这些证据是宇宙学中非常重要的，使得宇宙大爆炸成为了当前最被广泛接受的宇宙起源理论。 如果宇宙是大爆炸形成的,那么辐射的温度会随着宇宙的膨胀而降低。大爆炸后的1秒钟,温度降低到约为100亿度,这大约是太阳中心温度的1千倍, 亦即氢弹爆炸达到的温度。此刻宇宙主要由高温高压的氢的等离子体构成，辐射和光子都受困于等离子体，是不能自由穿行的。随着宇宙的继续膨胀,温度继续降低,大约在绝对温度3k左右(绝对零度等于零下273.15摄氏度)，电子／反电子和光子在碰撞中基本上都被湮灭和吸收了,原子核和电子结合成了电中性的氢原子。然而,一些光子和中微子并没有被湮灭掉,它也不和电中性原子发生作用,它能在宇宙中自由穿行，这种辐射表现称为宇宙背景辐射。可以估算出来,这时的宇宙, 在大爆炸后约38万年,距离现今约150亿年。
因为这些光子和中微子它们之间，它们和电中性的原子以及其他粒子的作用都非常微弱, 所以从那时以来这种背景辐射没有受到干扰。直到今天它们应该仍然残留在宇宙中。如果我们能观测到它们,那么，它就是宇宙大爆炸38万年所残留下的辐射表现，是“宇宙婴儿期”的表现。
1964年，美国贝尔实验室的天文学家阿诺·彭韦斯特和罗伯特·威尔逊在进行微波天体测量时，发现了一种非常均匀的微波辐射背景，这种辐射来自几乎整个宇宙，而不是来自特定的天体。这个发现引起了广泛的关注和研究，最终被证实是宇宙大爆炸留下的辐射。
宇宙背景辐射是很微弱的,它相当于电磁波中的微波频率的那部分,经过计算认为是波长为7.35厘米左右的某种无线电波信号，频率是 4.08*10^9次方 赫兹（也就是4.08GHz）左右的电波信号，落在微波波段，这种电波信号应该不受地球自转和公转的影响。基于这个分析，人们可用电子望远镜或射电望远镜捕捉太空的辐射信号，把相应的频率分量过滤出来，就可以获得背景辐射的信号了。
由于这种宇宙背景辐射的能量相当于宇宙温度是2.7K温度时的宇宙物质对外空的热辐射能量，所以又可以将其转化为热辐射的图像，再用颜色表示频率，最后呈现的是用颜色表示的宇宙背景辐射图像。欧航局于2009年5月发射了“普朗克”探测器，测量宇宙在各个方向的宇宙背景辐射，并且绘制了宇宙背景辐射图像，见下图
某区域的宇宙背景辐射图像
在图中，颜色表示辐射的频率，频率由低向高转化为颜色变化：红—橙红—黄—黄白—白—蓝白—蓝，温度越高，辐射频率也越高，蓝色的成份会越多，而红色的成份会越少。
正是背景辐射的发现和解释，才使大多数天文学家承认，宇宙真正是在一个确定的时刻，在一个热辐射火球中起源的。从此，宇宙学成了一门兴旺的学科。
宇宙背景辐射图像表明，宇宙早期辐射强度分布就有着起伏变化，这也解释了宇宙在早期爆胀时就存在着不均匀性，这才导致宇宙现在的形状，有的地方成团，有的地方空荡。
对宇宙辐射背景的研究，还修正了宇宙膨胀率。根据背景辐射发生位置与地球之间的距离和时间，推算出宇宙的年龄约为138.2亿年。
对宇宙辐射背景的研究,科学家们对宇宙的组成做了了新的修正，现在认为,宇宙中暗物质对普通物质的比例还要高一些，而暗能量这股被认为是导致宇宙加速膨胀的神秘力量也要多一些，至于暗物质和暗能量的内容将在后面叙述。
当然，对宇宙背景辐射的研究还存在很多问题，例如，如果宇宙背景辐射是早期宇宙的表现，那么现在的各个大的星系团处在背景辐射图像的什么位置呢？它又是沿着什么轨迹发展到现在这个位置的呢?
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