科学家如何知道宇宙是如何平坦的？一千字让你看懂

宇宙是什么形状的？这是任何一位宇宙学家都孜孜不倦想要搞懂的问题，然而也是所有宇宙学家都没能完全搞懂的问题。他们最多也只能这样告诉你，事实上，呃，在大尺度上，我可以比较有把握地告诉你，宇宙是平的。

纸可以是平的，桌面可以是平的，你正在看的显示屏是平的，然而，三维（或四维）的宇宙怎么可能是平的，它是如何平的呢？

你可以拿出一把尺子，一个三角板，一只铅笔，在纸上画两条平行线。即使画到纸的边缘，它们也不会交叉在一起，如果你画得足够认真，足够平行，即使你再画到桌子边缘，它们也是平行的。事实上，如果你还可以把它们画长，延伸到屋子外面，延伸到街道上，无限延伸，一直到宇宙的尽头，它们也是平——等等，如果宇宙不是平的，平行线还会平行吗？

你已经抓住了问题的关键！其实不需要延伸到宇宙尽头，这两条线就不会平行了，因为地球是圆的，是一个曲面，画在地球上的任意两条平行线，最终都会交会在一点。就像你和你的另一半，不管在生命的旅程中，你们曾经相距多么遥远，都会交会在一起，手携手，直到生命的尽头。

地球，太阳，星系，它们被引力紧紧聚合在一起，扭曲了周围的时空，就像地球一样，会使任何画在它们上面的平行线相交。但在大尺度上，宇宙依然是骇人听闻地空旷，平均每立方米只有5个质子。所以我们假设地球的曲面并不影响我们画平行线，我们可以把它们像光线一样，发射到太空里去。如果宇宙是平的，它们就永远不会交叉在一起；如果宇宙是曲面的，它们最终会相交到一点；如果宇宙是马鞍面，它们会一直发散开去，永远不会再见面，就像分手的恋人，各自渐行渐远。

我们现在知道，这两条光线永远不会交叉在一起，因为宇宙是平的，除非遇到黑洞，那儿会成为它们的终点。那科学家们是怎么知道宇宙在大尺度上是平坦的呢？

回到刚才说的平面、曲面和马鞍面上，我们分别在上面画一个三角形，如果内角和等于180度，我们就说这个面是平面；如果大于180度，我们就说它是曲面（球面）；如果小于180度，那么它就是马鞍面。你可以从图上看到，三角形在曲面上会鼓起一些，面积看起来会大一点；在马鞍面上会凹一些，面积看起会小一点。以此推理到三维空间，在宇宙诞生后的38万年，大爆炸的灰烬形成了我们今天所称的宇宙微波背景辐射，均匀地分布在宇宙中，这个背景辐射我们已经可以精确测量了。通过威尔金森微波各向异性探测器（WMAP），科学家们发现，这个背景辐射它既不鼓，也不凹，宇宙的平坦性精确到了10%以内，所以宇宙学家才敢比较有把握地告诉你，宇宙在大尺度上是的。

注意，钻牛角尖的来了。打过电子游戏的人都知道，在一些游戏里，游戏机的屏幕是有限但无界的，也就是说画面到了左边缘的时候，会继续从右边缘回到画面中，到了上下边缘的地方也是如此。如果我们的宇宙是这个形状，它还会是平的吗？答案是肯定的，本质上游戏机的屏幕相当于一个二维环面，也就是汽车轮胎，在它上面画平行线，平行线依然不会相交。

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