宇宙是平的这很令人费解

　　若要知道一个人的科学知识水平，有一个问题特别有意思。你可以问他，宇宙是有限大，还是无限大的？
　　如果他回答宇宙是有限大的，那说明这个人具备了一定的科学素养。如果他回答宇宙是无限大的，那就有两种可能。一种可能是这个人对现代科学一无所知；另一种可能，是他对天体物理学的这几年的新进展非常了解。
　　1。有限大，是可以理解的
　　以前哲学家一说起宇宙来就是什么空间上无边无际，在时间上无始无终。这个朴素的想法是有道理的，我们无法想象一个存在边界的宇宙如果宇宙有边界，那么边界之外是什么呢？其实这个问题，物理学家在很早以前就已经给出了高级的答案。
　　我们现在已经确切知道，宇宙在时间上肯定是有一个开端，那就是大爆炸。你要问在大爆炸之前是什么？这个问题没有意义，因为那时候时间并不存在。时间，是有限的。
　　那么空间呢？宇宙完全可能是一个空间有限大，但又没有边界的存在。你只要想象一下地球的表面就明白了。地球的表面积是有限大的，但对于生活在地球表面这么一个二维空间的人来说，地球是没有边界的，不论他往哪里走，总能循环回到原点因为地球表面是弯曲的。
　　三维空间，也可以是弯曲的。
　　咱们首先明确一点，宇宙空间是三维的。有些科幻小说喜欢说宇宙空间是高维的，比如什么四维空间、五维空间，这都是不对的。你可以在数学上证明，只有在三维空间中，行星轨道才可能是稳定的才允许有文明存在。你可能听说过超弦理论，说有十维空间，但是请注意超弦理论中那些多出来的维度都是蜷缩起来、极其小尺度上的存在，是不算数的而且超弦理论至今没有任何可观测的证据。
　　所以宇宙是三维的，但是是可以弯曲的三维空间。广义相对论说物质告诉时空怎么弯曲，时空告诉物质怎么运动，我们现在有充分的观测证据，大质量物体就弯曲了它周围的空间。
　　那么据此设想，人们推测，也许整个宇宙就是一个弯曲的巨大空间，就好像二维的地球表面一样。如果你沿着某个方向在宇宙中一直走，最终也将会回到出发点。当然宇宙实在太大了，而且空间膨胀的速度超过了光速，所以我们并没有观测到有一束光在宇宙中循环往返。
　　这个有限大、没有边界的弯曲空间，就是十多年以前科学家对宇宙空间的标准想象。比如霍金的《时间简史》这本书里讲的宇宙空间模型就是这样。
　　所以如果一个人说宇宙是有限大的，就说明他超越了传统思维模式，具备了科学素养他心目中有一个弯曲空间的宇宙。
　　但是我们这个宇宙喜欢给物理学家制造惊喜。
　　2。平的？！
　　过去十几年间，科学家用地面望远镜和太空探测器反反复复在大尺度上观测宇宙，发现空间并不是弯曲的。最新的一个结果是在2013年底由重子振动分光镜勘测（BaryonOscillationSpectroscopicSurvey，简称BOSS）发现、2014年1月宣布的：在大尺度上，宇宙空间是异乎寻常的平直（extraordinarilyflat）。
　　像这样超乎寻常的结论，科学家有超乎寻常的证据。弯曲空间中没有真正的平行线比如你在地球的赤道上画两条平行线，你会发现这两条线会在极地交叉到一起；而如果空间曲率是负的，平行线之间的相互距离就会越来越远。但是科学家测量遥远星系的光，发现并没有这种弯曲。
　　科学家还仔细考察了宇宙微波背景辐射的地图。如果空间是弯曲的，这个图就会有些弯曲，如下图所示
　　但是科学家观察不到任何弯曲。现在观测的结果，我们有误差小于1的精度，认为宇宙是平直的。
　　还有一个间接的办法。根据广义相对论，质量和能量可以让空间发生弯曲，那么你只要统计一下宇宙里大概有多少的质能，就可以知道空间是怎么弯曲的。科学家把已知的可见物质、暗物质、暗能量这些质能都加在一起，就可以测量出宇宙的质能密度。在广义相对论中还有一个理论上的临界质能密度，我们把观测的质能密度除以临界质能密度，得到一个数值，用希腊字母表示。
　　如果1，那就说明宇宙里物质比较多，引力比较大，宇宙空间的曲率就是正的，那么宇宙就像一个球一样弯曲；如果1，那就说明物质比较少，引力比较小，那么宇宙就会是一个像马鞍形一样的空间，是开放的。你猜计算结果的是多少？
　　结果是10。004。
　　也就是在0。4的精度之内，正好等于1。这说明我们这个宇宙的物质不多不少，引力不大不小，正好让空间是平直的！
　　空间是平的，所以我们这个宇宙中三角形的内角之和正好等于180度，两条平行线永远不会相交。换句话说，你初中学的几何学正好够用，宇宙在大尺度上就是一个简单的欧几里得空间。
　　这个看似平淡，实则惊心动魄的事实，给我们带来了两个问题：一个是学术问题，一个是想象力问题。
　　3。巧合，又见巧合
　　先说学术问题。宇宙质能密度系数正好等于1，这大约相当于每立方米中有5个氢原子的能量。可这是为啥呢？为什么不是宇宙里每立方米有4个或者6个氢原子呢？这个问题现在没有人能解答。
　　有篇叫《一个让人寝食难安的世界观》的文章，提到现在物理学面临一个微调问题，也就是标准模型有19个自由参数，无法从理论上解释，简直就是特意调成那样的数值，好让这个宇宙恰好适合生命存在。
　　今天这个也有点微调的意思。其实比1稍微大一点或者小一点，人类也能存在，但是1也还是太巧了。为什么非得让空间这么平呢？难道上帝有强迫症吗？
　　4。怎样理解无限大
　　只要等于或者小于1，宇宙空间就无法闭合，就是无限大的。一个平直而又没有边界的空间只可能无限大。事实上，在2014年最新测量结果出来，开新闻发布会的时候，BOSS项目总负责人大卫施莱格尔（DavidSchlegel）说，我们关心宇宙是不是平的，因为这关系到宇宙是有限大还是无限大的而我们的观测结果和无限大的宇宙相吻合（Ourresultsareconsistentwithaninfiniteuniverse）。
　　这是一个非常令人不安的结果，有限大是可以想象的，无限大是不可想象的。大爆炸之前什么都没有，然后现在怎么就无限大了呢？
　　当然，你也可以说测量存在误差，测量结果是10。004也许并不严格等于1，宇宙空间并不是严格平的。但即便如此，也意味着宇宙比我们能观测的、甚至比我们能想象的，都要大得多得多，至少是几乎无限大。
　　这么大是什么意思呢？物理学家对此也开了个脑洞，这会给你的想象力带来极大的刺激。
　　首先我们要知道，宇宙没有中心。空间的膨胀是哪里都在膨胀，宇宙中遥远的区域应该跟我们这里差不多，有差不多密度的星体。从微波背景辐射图来看，宇宙各个地方大体上就是差不多的，我们这里，一点都不特殊。
　　其次，你还要知道，根据量子力学，给定这么一堆物质，不管他们的排列组合有多少不同的可能，也一定是有限的。这意味着所有可能的文明世界形态，也只有有限多种。
　　好。那么如果宇宙是无限大或者近乎无限大的，而我们这里并不特殊，而文明又只有有限多种，这意味着什么呢？
　　意味着每一种可能都有几乎无限多个副本。
　　说白了，就是非常遥远的某个地方，存在着一个跟地球一模一样的星球。在那个星球上，存在着和我们一模一样的人。其中就有一个一模一样的你，也正在看着这篇文章！
　　当然，你和他的下一步行动可能是不同的，比如你选择点击分享按钮，而他没有这么做但不论如何，还存在另外无数个同样的你，他们也点击分享了。
　　甚至有人已经估算了这样的星球距离我们有多远。最近的那个一模一样的你，距离你大约是10的（10的29次方）次方米。
　　这当然是个不可思议的数字。使用常规的旅行方式你永远也不可能见到他，也永远无法和他取得联系，他有极大的可能性是我们可见宇宙范围之外。
　　这是一个非常好的科幻小说素材，它意味着网络小说流行的穿越在逻辑上是可能的。物理学家不太相信什么时间旅行，说你回到我们这个地球曾经经历过的明朝末年，那不太可能，会造成因果关系的紊乱。但是，如果宇宙中存在另外一个地球，那个地球和我们一样，不过它正好处于明朝末年，其中也有崇祯、魏忠贤、袁崇焕这些人物。如果你能通过什么虫洞之类的机制前往那个地球，那你尽可以随便折腾，不用担心影响我们这里的历史。
　　考虑到宇宙是无限大或者近乎无限大的，你可以认为一切有可能发生的事情，就都发生过、而且都会发生几乎无数次。因为再小的概率乘以一个几乎无穷大的数也可以大于1。
　　宇宙之大，应该怎么理解。
　　下次买彩票没中奖，或者跟意中人失之交臂的时候，想到宇宙之大，那个你希望的可能性毕竟在某一处发生了，你也许会感到些许安慰。