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如果你想測驗一個人的科學知識水準， 有一個問題特別有意思。 你可以問他， 宇宙是有限大， 還是無限大的？
如果他回答宇宙是有限大的， 那說明這個人具備了一定的科學素養。 如果他回答宇宙是無限大的， 那就有兩種可能。 一種可能是這個人對現代科學一無所知；另一種可能， 卻是他對天體物理學的最新進展非常瞭解。
1.有限大， 是可以理解的以前哲學家一說起宇宙來就是什麼“空間上無邊無際， 在時間上無始無終”。 這個樸素的想法是有道理的， 我們無法想像一個存在邊界的宇宙 —— 如果宇宙有邊界，
我們現在已經確切知道， 宇宙在時間上肯定是有一個開端， 那就是大爆炸。 你要問在大爆炸之“前”是什麼？這個問題沒有意義， 因為那時候“時間”並不存在。 時間， 是有限的。
那麼空間呢？宇宙完全可能是一個空間有限大， 但又沒有邊界的存在。 你只要想像一下地球的表面就明白了。 地球的表面積是有限大的， 但對於生活在地球表面這麼一個二維空間的人來說， 地球是沒有邊界的， 不論他往哪裡走， 總能迴圈回到原點 —— 因為地球表面是*彎曲*的。
三維空間， 也可以是彎曲的。
咱們首先明確一點， 宇宙空間是三維的。
所以宇宙是三維的， 但是是可以彎曲的三維空間。 廣義相對論說“ 物質告訴時空怎麼彎曲， 時空告訴物質怎麼運動 ”， 我們現在有充分的觀測證據， 大品質物體就彎曲了它周圍的空間。
那麼據此設想， 人們推測， 也許整個宇宙就是一個彎曲的巨大空間， 就好像二維的地球表面一樣。
這個有限大、沒有邊界的彎曲空間， 就是十多年以前科學家對宇宙空間的標準想像。 比如霍金的《時間簡史》這本書裡講的宇宙空間模型就是這樣。
所以如果一個人說宇宙是有限大的， 就說明他超越了傳統思維模式， 具備了科學素養 —— 他心目中有一個彎曲空間的宇宙。
但是我們這個宇宙喜歡給物理學家製造驚喜。
2.平的？！過去十幾年間， 科學家用地面望遠鏡和太空探測器反反復複在大尺度上觀測宇宙， 發現空間……並不是彎曲的。
像這樣超乎尋常的結論， 科學家有超乎尋常的證據。 彎曲空間中沒有真正的“平行線” —— 比如你在地球的赤道上畫兩條平行線， 你會發現這兩條線會在極地交叉到一起；而如果空間曲率是負的， 平行線之間的相互距離就會越來越遠。 但是科學家測量遙遠星系的光， 發現並沒有這種彎曲。
科學家還仔細考察了宇宙微波背景輻射的地圖。 如果空間是彎曲的， 這個圖就會有些彎曲， 如下圖所示 ——
但是科學家觀察不到任何彎曲。 現在觀測的結果， 我們有誤差小於1%的精度， 認為宇宙是平直的。
還有一個間接的辦法。 根據廣義相對論， 品質和能量可以讓空間發生彎曲， 那麼你只要統計一下宇宙裡大概有多少的質能， 就可以知道空間是怎麼彎曲的。 科學家把已知的可見物質、暗物質、暗能量這些質能都加在一起， 就可以測量出宇宙的質能密度。 在廣義相對論中還有一個理論上的“臨界質能密度”， 我們把觀測的質能密度除以臨界質能密度，得到一個數值，用希臘字母 Ω 表示。
如果 Ω>1，那就說明宇宙裡物質比較多，引力比較大，宇宙空間的曲率就是正的，那麼宇宙就像一個球一樣彎曲；如果 Ω<1，那就說明物質比較少，引力比較小，那麼宇宙就會是一個像馬鞍形一樣的空間，是開放的。你猜計算結果的 Ω 是多少？
結果是 Ω = 1 ± 0.004。
也就是在0.4%的精度之內，Ω 正好等於 1。這說明我們這個宇宙的物質不多不少，引力不大不小，正好讓空間是平直的！
空間是平的，所以我們這個宇宙中三角形的內角之和正好等於180度，兩條平行線永遠不會相交。換句話說，你初中學的幾何學正好夠用，宇宙在大尺度上就是一個簡單的歐幾裡得空間。
這個看似平淡，實則驚心動魄的事實，給我們帶來了兩個問題：一個是學術問題，一個是想像力問題。
3.巧合，又見巧合先說學術問題。宇宙質能密度係數 Ω 正好等於1，這大約相當於每立方米中有5個氫原子的能量。可這是為啥呢？為什麼不是宇宙裡每立方米有4個或者6個氫原子呢？這個問題現在沒有人能解答。
現代物理學面臨一個“微調”問題，也就是標準模型有19個自由參數，無法從理論上解釋，簡直就是特意調成那樣的數值，好讓這個宇宙恰好適合生命存在。
今天這個 Ω 也有點“微調”的意思。其實 Ω 比1稍微大一點或者小一點，人類也能存在，但是 Ω = 1 也還是太巧了。為什麼非得讓空間這麼平呢？難道“上帝”有強迫症嗎？
4.怎樣理解“無限大”只要 Ω 等於或者小於1，宇宙空間就無法閉合，就是無限大的。一個平直而又沒有邊界的空間只可能無限大。事實上，在2014年最新測量結果出來，開新聞發佈會的時候，BOSS專案總負責人大衛·施萊格爾（David Schlegel）說，我們關心宇宙是不是平的，因為這關係到宇宙是有限大還是無限大的 —— 而“我們的觀測結果和無限大的宇宙相吻合（Our results are consistent with an infinite universe）。”
這是一個非常令人不安的結果，有限大是可以想像的，無限大是不可想像的。大爆炸之前什麼都沒有，然後現在怎麼就無限大了呢？
當然，你也可以說測量存在誤差，測量結果是 Ω = 1 ± 0.004 —— 也許 Ω 並不嚴格等於1，宇宙空間並不是嚴格平的。但即便如此，也意味著宇宙比我們能觀測的、甚至比我們能想像的，都要大得多得多，至少是“幾乎無限大”。
這麼大是什麼意思呢？物理學家對此也開了個腦洞，這會給你的想像力帶來極大的刺激。
首先我們要知道，宇宙沒有中心。空間的膨脹是哪裡都在膨脹，宇宙中遙遠的區域應該跟我們這裡差不多，有差不多密度的星體。從微波背景輻射圖來看，宇宙各個地方大體上就是差不多的，我們這裡，一點都不特殊。
其次，你還要知道，根據量子力學，給定這麼一堆物質，不管他們的排列組合有多少不同的可能，也一定是有限的。這意味著所有可能的文明世界形態，也只有有限多種。
好。那麼如果宇宙是無限大或者近乎無限大的，而我們這裡並不特殊，而文明又只有有限多種，這意味著什麼呢？
意味著每一種可能都有幾乎無限多個副本。
說白了，就是非常遙遠的某個地方，存在著一個跟地球一模一樣的星球。在那個星球上，存在著和我們一模一樣的人。其中就有一個一模一樣的“你”，也正在看著這篇文章！
當然，你和他的下一步行動可能是不同的，—— 但不論如何，還存在另外無數個同樣的你，他們和你做了相同行動。
甚至有人已經估算了這樣的星球距離我們有多遠。最近的那個一模一樣的你，距離你大約是10的（10的29次方）次方，米。
這當然是個不可思議的數字。使用常規的旅行方式你永遠也不可能見到他，也永遠無法和他取得聯繫，他有極大的可能性是我們可見宇宙範圍之外。
這是一個非常好的科幻小說素材，它意味著網路小說流行的“穿越”在邏輯上是可能的。物理學家不太相信什麼“時間旅行”，說你回到我們這個地球曾經經歷過的明朝末年，那不太可能，會造成因果關係的紊亂。但是，如果宇宙中存在另外一個地球，那個地球和我們一樣，不過它正好處於明朝末年，其中也有崇禎、魏忠賢、袁崇煥這些人物。如果你能通過什麼蟲洞之類的機制前往那個地球，那你盡可以隨便折騰，不用擔心影響我們這裡的歷史。
考慮到宇宙是無限大或者近乎無限大的，你可以認為一切“有可能發生”的事情，就都發生過、而且都會發生幾乎無數次。因為再小的概率乘以一個幾乎無窮大的數也可以大於1。
下次買彩票沒中獎，或者跟意中人失之交臂的時候，想到宇宙之大，那個你希望的可能性畢竟在某一處發生了，你也許會感到些許安慰。
撰稿：說破一句驚煞人
如果 Ω>1，那就說明宇宙裡物質比較多，引力比較大，宇宙空間的曲率就是正的，那麼宇宙就像一個球一樣彎曲；如果 Ω<1，那就說明物質比較少，引力比較小，那麼宇宙就會是一個像馬鞍形一樣的空間，是開放的。你猜計算結果的 Ω 是多少？
結果是 Ω = 1 ± 0.004。
也就是在0.4%的精度之內，Ω 正好等於 1。這說明我們這個宇宙的物質不多不少，引力不大不小，正好讓空間是平直的！
空間是平的，所以我們這個宇宙中三角形的內角之和正好等於180度，兩條平行線永遠不會相交。換句話說，你初中學的幾何學正好夠用，宇宙在大尺度上就是一個簡單的歐幾裡得空間。
這個看似平淡，實則驚心動魄的事實，給我們帶來了兩個問題：一個是學術問題，一個是想像力問題。
3.巧合，又見巧合先說學術問題。宇宙質能密度係數 Ω 正好等於1，這大約相當於每立方米中有5個氫原子的能量。可這是為啥呢？為什麼不是宇宙裡每立方米有4個或者6個氫原子呢？這個問題現在沒有人能解答。
現代物理學面臨一個“微調”問題，也就是標準模型有19個自由參數，無法從理論上解釋，簡直就是特意調成那樣的數值，好讓這個宇宙恰好適合生命存在。
今天這個 Ω 也有點“微調”的意思。其實 Ω 比1稍微大一點或者小一點，人類也能存在，但是 Ω = 1 也還是太巧了。為什麼非得讓空間這麼平呢？難道“上帝”有強迫症嗎？
4.怎樣理解“無限大”只要 Ω 等於或者小於1，宇宙空間就無法閉合，就是無限大的。一個平直而又沒有邊界的空間只可能無限大。事實上，在2014年最新測量結果出來，開新聞發佈會的時候，BOSS專案總負責人大衛·施萊格爾（David Schlegel）說，我們關心宇宙是不是平的，因為這關係到宇宙是有限大還是無限大的 —— 而“我們的觀測結果和無限大的宇宙相吻合（Our results are consistent with an infinite universe）。”
這是一個非常令人不安的結果，有限大是可以想像的，無限大是不可想像的。大爆炸之前什麼都沒有，然後現在怎麼就無限大了呢？
當然，你也可以說測量存在誤差，測量結果是 Ω = 1 ± 0.004 —— 也許 Ω 並不嚴格等於1，宇宙空間並不是嚴格平的。但即便如此，也意味著宇宙比我們能觀測的、甚至比我們能想像的，都要大得多得多，至少是“幾乎無限大”。
這麼大是什麼意思呢？物理學家對此也開了個腦洞，這會給你的想像力帶來極大的刺激。
首先我們要知道，宇宙沒有中心。空間的膨脹是哪裡都在膨脹，宇宙中遙遠的區域應該跟我們這裡差不多，有差不多密度的星體。從微波背景輻射圖來看，宇宙各個地方大體上就是差不多的，我們這裡，一點都不特殊。
其次，你還要知道，根據量子力學，給定這麼一堆物質，不管他們的排列組合有多少不同的可能，也一定是有限的。這意味著所有可能的文明世界形態，也只有有限多種。
好。那麼如果宇宙是無限大或者近乎無限大的，而我們這裡並不特殊，而文明又只有有限多種，這意味著什麼呢？
意味著每一種可能都有幾乎無限多個副本。
說白了，就是非常遙遠的某個地方，存在著一個跟地球一模一樣的星球。在那個星球上，存在著和我們一模一樣的人。其中就有一個一模一樣的“你”，也正在看著這篇文章！
當然，你和他的下一步行動可能是不同的，—— 但不論如何，還存在另外無數個同樣的你，他們和你做了相同行動。
甚至有人已經估算了這樣的星球距離我們有多遠。最近的那個一模一樣的你，距離你大約是10的（10的29次方）次方，米。
這當然是個不可思議的數字。使用常規的旅行方式你永遠也不可能見到他，也永遠無法和他取得聯繫，他有極大的可能性是我們可見宇宙範圍之外。
這是一個非常好的科幻小說素材，它意味著網路小說流行的“穿越”在邏輯上是可能的。物理學家不太相信什麼“時間旅行”，說你回到我們這個地球曾經經歷過的明朝末年，那不太可能，會造成因果關係的紊亂。但是，如果宇宙中存在另外一個地球，那個地球和我們一樣，不過它正好處於明朝末年，其中也有崇禎、魏忠賢、袁崇煥這些人物。如果你能通過什麼蟲洞之類的機制前往那個地球，那你盡可以隨便折騰，不用擔心影響我們這裡的歷史。
考慮到宇宙是無限大或者近乎無限大的，你可以認為一切“有可能發生”的事情，就都發生過、而且都會發生幾乎無數次。因為再小的概率乘以一個幾乎無窮大的數也可以大於1。
下次買彩票沒中獎，或者跟意中人失之交臂的時候，想到宇宙之大，那個你希望的可能性畢竟在某一處發生了，你也許會感到些許安慰。
撰稿：說破一句驚煞人