平直性问题

想象试着让一支铅笔在削尖的笔尖上完美地立起来。哪怕最轻微的倾斜，它几乎立刻就会往一边倒下；要是几小时后它还笔直地站着，那将令人惊愕，你会怀疑有什么东西在把它撑在那里。我们宇宙的几何呈现出类似的惊奇：它看起来异常地「平直」，恰好平衡在它本可弯曲的两种方式之间的刀锋上；而宇宙存在得越久，这份平衡就越发令人吃惊。

在广义相对论中，空间的整体几何取决于它所含的物质与能量，相对于一个特殊的「临界」量是多还是少。如果它恰好持有临界密度，空间就是平直的——平行线保持平行，一个巨大三角形的内角和为 180 度。超过临界，空间像球面一样弯曲（闭合）；不足临界，则像马鞍一样弯曲（开放）。测量表明，如今实际密度与临界密度的差距在约半个百分点以内，所以就我们所能判断而言，宇宙是平直的。问题在于这种平衡并不稳定：随着宇宙膨胀，任何对完美平直的微小偏离都会迅速增大。要让空间在今天如此接近平直，它在最初一瞬就必须平直到约 10^60 分之一的程度——一个被微调到令人瞠目的起点。

宇宙暴胀自然地化解了这一点。无论暴胀之前宇宙的曲率如何，那场巨大的膨胀都把它拉伸得如此剧烈，以致任何曲率都被抹平了——就像一只正在充气的气球，吹得越大，它上面一小块就显得越平；又像你脚下的地面看起来平坦，只因地球太大。于是暴胀预言空间应当极其接近平直，而对宇宙微波背景的观测以高精度证实了这种平直。与视界问题一样，平直性问题是一个关于「宇宙为何开端时排布得如此精细」的谜——而暴胀把那种微调变成了一个意料之中的结果。