科學家如何知道宇宙是如何平坦的？

宇宙是什麼形狀的？這是任何一位宇宙學家都孜孜不倦想要搞懂的問題，然而也是所有宇宙學家都沒能完全搞懂的問題。他們最多也只能這樣告訴你，事實上，呃，在大尺度上，我可以比較有把握地告訴你，宇宙是平的。紙可以是平的，桌面可以是平的，你正在看的顯示屏是平的，然而，三維（或四維）的宇宙怎麼可能是平的，它是如何平的呢？你可以拿出一把尺子，一個三角板，一隻鉛筆，在紙上畫兩條平行線。即使畫到紙的邊緣，它們也不會交叉在一起，如果你畫得足夠認真，足夠平行，即使你再畫到桌子邊緣，它們也是平行的。事實上，如果你還可以把它們畫長，延伸到屋子外面，延伸到街道上，無限延伸，一直到宇宙的盡頭，它們也是平——等等，如果宇宙不是平的，平行線還會平行嗎？你已經抓住了問題的關鍵！其實不需要延伸到宇宙盡頭，這兩條線就不會平行了，因為地球是圓的，是一個曲面，畫在地球上的任意兩條平行線，最終都會交會在一點。就像你和你的另一半，不管在生命的旅程中，你們曾經相距多麼遙遠，都會交會在一起，手攜手，直到生命的盡頭。

地球，太陽，星系，它們被引力緊緊聚合在一起，扭曲了周圍的時空，就像地球一樣，會使任何畫在它們上面的平行線相交。但在大尺度上，宇宙依然是駭人聽聞地空曠，平均每立方米只有5個質子。所以我們假設地球的曲面並不影響我們畫平行線，我們可以把它們像光線一樣，發射到太空里去。如果宇宙是平的，它們就永遠不會交叉在一起；如果宇宙是曲面的，它們最終會相交到一點；如果宇宙是馬鞍面，它們會一直發散開去，永遠不會再見面，就像分手的戀人，各自漸行漸遠。我們現在知道，這兩條光線永遠不會交叉在一起，因為宇宙是平的，除非遇到黑洞，那兒會成為它們的終點。那科學家們是怎麼知道宇宙在大尺度上是平坦的呢？

回到剛才說的平面、曲面和馬鞍面上，我們分別在上面畫一個三角形，如果內角和等於180度，我們就說這個面是平面；如果大於180度，我們就說它是曲面（球面）；如果小於180度，那麼它就是馬鞍面。你可以從圖上看到，三角形在曲面上會鼓起一些，面積看起來會大一點；在馬鞍面上會凹一些，面積看起會小一點。以此推理到三維空間，在宇宙誕生後的38萬年，大爆炸的灰燼形成了我們今天所稱的宇宙微波背景輻射，均勻地分布在宇宙中，這個背景輻射我們已經可以精確測量了。通過威爾金森微波各向異性探測器（WMAP），科學家們發現，這個背景輻射它既不鼓，也不凹，宇宙的平坦性精確到了10%以內，所以宇宙學家才敢比較有把握地告訴你，宇宙在大尺度上是的。

注意，鑽牛角尖的來了。打過電子遊戲的人都知道，在一些遊戲里，遊戲機的屏幕是有限但無界的，也就是說畫面到了左邊緣的時候，會繼續從右邊緣回到畫面中，到了上下邊緣的地方也是如此。如果我們的宇宙是這個形狀，它還會是平的嗎？答案是肯定的，本質上遊戲機的屏幕相當於一個二維環面，也就是汽車輪胎，在它上面畫平行線，平行線依然不會相交。