平直性問題

想像試著讓一支鉛筆在削尖的筆尖上完美地立起來。哪怕最輕微的傾斜，它幾乎立刻就會往一邊倒下；要是幾小時後它還筆直地站著，那將令人驚愕，你會懷疑有什麼東西在把它撐在那裡。我們宇宙的幾何呈現出類似的驚奇：它看起來異常地「平直」，恰好平衡在它本可彎曲的兩種方式之間的刀鋒上；而宇宙存在得越久，這份平衡就越發令人吃驚。

在廣義相對論中，空間的整體幾何取決於它所含的物質與能量，相對於一個特殊的「臨界」量是多還是少。如果它恰好持有臨界密度，空間就是平直的——平行線保持平行，一個巨大三角形的內角和為 180 度。超過臨界，空間像球面一樣彎曲（閉合）；不足臨界，則像馬鞍一樣彎曲（開放）。測量表明，如今實際密度與臨界密度的差距在約半個百分點以內，所以就我們所能判斷而言，宇宙是平直的。問題在於這種平衡並不穩定：隨著宇宙膨脹，任何對完美平直的微小偏離都會迅速增大。要讓空間在今天如此接近平直，它在最初一瞬就必須平直到約 10^60 分之一的程度——一個被微調到令人瞠目的起點。

宇宙暴脹自然地化解了這一點。無論暴脹之前宇宙的曲率如何，那場巨大的膨脹都把它拉伸得如此劇烈，以致任何曲率都被抹平了——就像一隻正在充氣的氣球，吹得越大，它上面一小塊就顯得越平；又像你腳下的地面看起來平坦，只因地球太大。於是暴脹預言空間應當極其接近平直，而對宇宙微波背景的觀測以高精度證實了這種平直。與視界問題一樣，平直性問題是一個關於「宇宙為何開端時排佈得如此精細」的謎——而暴脹把那種微調變成了一個意料之中的結果。