如何通俗的解釋為什麼微波背景輻射表明，宇宙還是比較平的？

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宇宙是平的到底是什麼意思？
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這個問題其實不難回答。之所以我們認為宇宙是平的，來自於我們對於宇宙理論推導和觀測的。

我們知道，通過弗里德曼方程，我們知道我們的宇宙的主要構成，來源於輻射，物質（包括重子物質和暗物質），宇宙常數Λ（也就是暗能量）和曲率（k)，通常情況下，曲率項從來都是被認為是0，或者極為接近0。

在不考慮宇宙膨脹導致的角直徑變化的條件下：
如果曲率k=0，意味著我們的宇宙是平坦的，換句話說，我們看到的物體，它的張角α幾乎就等於他的尺度除以它離我們的角直徑距離
如下圖，在這樣的宇宙下，宇宙中星系看上去就嚴格服從「近大遠小"的規律。

如果曲率 k&>0，意味著我們的宇宙不是平坦的，那麼宇宙就會閉合，或者說，宇宙中像任意兩個方向發射的射線，最終都會重合！可以想像球面上的任意兩條直線，一定會有兩個交點。

如下圖，在這種情況下，會發生一個非常有意思的事情，如下圖，張角α，星系的尺度L 和他們與我們距離並沒有線性關係

更嚴重的是！在k&>0 比較顯著地情況下，如果再往遠處看，我們會發現，星系離我們越遠，張角α就越大，所以星系隨距離增大，看上去反而越大，這是不可能的！至少我們現在的觀測不承認這樣的事實。

如果曲率k&<0, 那麼我們的宇宙就是非常開放的，如下圖，張角α在近距離對應很小的尺度，而到了遠處就對應著極為巨大的尺度。

這意味著什麼呢？這意味著如果k比較顯著地小於0，假設我們的望遠鏡能夠在r距離看到L大小的星系，那麼對於更遠處的星系，哪怕距離只要遠幾倍，他的尺度L 必須變大幾十上百倍才能被我們看到。所以，假設遠處的星系和我們的星系一樣大小，他們都會變得太小而無法被我們看到。

而事實上，哈勃望遠鏡通過長時間曝光，看到了最遠300億光年的星系，所以k 也是不會顯著地小於0的。

綜上，可以看到，即使k不為0，它也幾乎是非常接近0的數。

我們對於微波背景的觀測也是類似的，只不過微波背景輻射是我們光學波段看到的最遠的宇宙，在這個時間段，宇宙比現在小1100倍，溫度高1100倍。但是在這個時間段，宇宙已經有了最初的原初差異了。在這個波段我們最顯著的測量就是對應於1°大小的doppler峰。當我們假設k=0，也就是平直宇宙，理論和觀測值達到完美的符合。下圖中黑線是理論預測值，而黑點是觀測值。頂峰對應的角度大約是1°

而對於k&>0的宇宙，這個角會變大，往左偏移，對於k&<0的宇宙，相應的角會往右偏移。顯然，這些都是不符合微波背景輻射的觀測的。

當然，對於其他的觀測，比如對於星系的觀測（SDSS），對大尺度結構的研究，宇宙重子聲波震蕩的觀測，都能夠對k的值進行相當好的限定，到目前為止，普遍認為|k|的值不大於0.01，如博洋同學引用所述，基本上，可以認為宇宙的k近似為0，

或者，可以說，宇宙基本上就是平坦的，是經典的歐幾里得宇宙~

Links:

http://arxiv.org/pdf/gr-qc/0701050v2.pdf

Cosmic Sound: Curvature and the cosmic background radiation

Measuring Space Curvature

先貼一個我以前的回答「宇宙無限大」這個說法是學界的普遍共識嗎？如果是，理由是什麼？ - 劉博洋的回答

我承認我那篇答文里沒解釋清楚。先佔坑，不一定填。

謝邀，知乎首答，班門弄斧一下吧。宇宙是平坦的，指的是在整個宇宙，光沿直線傳播。如果兩束光平行射出，越來越近，則宇宙是球體的；越來越遠則宇宙是馬鞍形的；平行射出，宇宙是平坦的。天文學家經過對宇宙背景輻射的實驗研究發現：在大尺度上，宇宙最初發出的光線並沒有發生彎曲現象，即宇宙是平坦的，且將一直膨脹下去。希望對你有幫助

我看了前面很多大牛的回答，都很長，我想不專業地給出一個簡單的答案。」宇宙是平的「這個概念應該理解為一種平滑，而不是平面幾何里那種「平」的概念，因為宇宙的時空結構存在一定的曲率。但宇宙是處處平滑的，這裡的「平滑」換一種角度去衡量就是，對於宇宙的每一處都存在著相似性，他們的地位都是「平等的」，不存在特殊的「翹曲」。那麼宇宙微波背景輻射，既然是「背景輻射」就意味著在整個宇宙中處處都有分布，微波彌散了整個宇宙。為什麼會處處彌散而不是出現明顯聚團現象或者中心集聚呢？正因為宇宙空間的這種「平權」，宇宙空間處處都是一致的、連續的、平滑的，那麼微波才能「無選擇」地彌散整個宇宙空間。

宇宙是平的是指cosmological constant = 0，只有這樣愛因斯坦場方程才允許平坦時空的解。
如果它不等於零，那麼時空的解必須是完全的。

關於CMB的各向同性，有個inflation模型可以很好的解釋。

在經典的時空膨脹expansion（弗里德曼宇宙）里，cosmological constant=0.

在inflation裡面（很短的時間），膨脹是由於短時間內consmological constant不為零。

瀉藥。。先佔坑有空再答

應該是說宇宙是均勻的比較貼切。

百度百科：
微波背景輻射的另一特徵是具有極高度的各向同性。這有兩方面的含義：首先是小尺度上的各向同性。在小到幾十弧分的範圍內，輻射強度的起伏小於0.2－0.3%；其次是大尺度上的各向同性。沿天球各個不同方向，輻射強度的漲落小於0.3%。各向同性說明，在各個不同方向上，在各個相距非常遙遠的天區之間，應當存在過相互的聯繫。

換句通俗的話說，就是宇宙大爆炸炸得非常「均勻」

班門弄斧，試用通俗的語言解釋一下「為什麼微波背景表明，宇宙還是平的？」。提到宇宙微波背景，不得不提到 Boomerang ,即毫米波段氣球觀天計劃，是

「三次以高空氣球在次軌道飛行測量部分天區宇宙微波背景輻射的實驗。這是首度以巨大的、高傳真放大影像觀測宇宙微波背景溫度各向異性的實驗，使用一架飛行在42,000米高的望遠鏡，讓大氣層在微波的吸收降至極低。」

在「毫米波段氣球觀天計劃」中，有了第一台能夠看得見宇宙背景輻射中的冷、熱斑的望遠鏡，1998年夏天，由36位科學家組成的國際合作實驗組把這個儀器吊在一個巨大氦氣球上在南極上空放飛，這個望遠鏡可以分辨小到1/3度的斑塊，於是，我們看到了宇宙的形狀。
數學有一套工具，用來描述彎曲、有彈性的對象，不錯，就是微分幾何的研究領域，它允許數學家研究空間中的曲線和曲面。
再者，愛因斯坦的廣義相對論裡面的基礎思想就是，時間、空間在數學上表現得像一個光滑曲面，這個曲面就解釋了引力的來源，比如太陽這個大質量的天體，使時空結構略微彎曲，可以把太陽比作一個保齡球，這段時空是個墊子，由於墊子是彎曲的，如果再在墊子上放一個小玻璃球，玻璃球就會滾向保齡球，正如你在太陽附近放上一顆小行星，小行星就會滾向太陽，因為時空曲率迫使小行星朝那裡去。
就像太陽引起的彎曲一樣，時空在局部有曲率，導致在整個宇宙範圍內就會存在一個曲率。可以拿地球來做比喻：從局部來看，地球表面有山峰和峽谷，有起伏的山巒和丘陵，這些都會影響到地球表面一小片地區。然而，在站在地球之外看，儘管地球表面到處都有彎曲，但在小距離上幾乎察覺不到。宇宙作為一個整體，也是這個道理。
但是宇宙作為一個整體，也是有形狀的，可能是平直的，也可能跟球一樣具有正曲率，還可能跟馬鞍一樣具有負曲率。
又根據廣義相對論方程，宇宙的形狀與宇宙包含的「物質和能量」的量是密切相關的。物質使時空結構彎曲，從宇宙整體來說，宇宙中的物質越多，彎曲得就越厲害。這裡科學家引入了 Ω 「歐米伽」這個符號來表示宇宙中「物質和能量」的量。 Ω 的大小決定了宇宙的曲率，如果 Ω&>1 ，那麼就是正曲率，宇宙就會有一個像球一樣的表面；如果 Ω&<1 ，那麼就是負曲率，宇宙就會有一個像馬鞍一樣的表面；如果 Ω=1 ，那麼曲率就為0，宇宙就是一個平面。
Ω 決定著宇宙曲率，關係著宇宙怎麼毀滅。如果 Ω&>1 ，宇宙就有多餘的「物質和能量」的量克服宇宙誕生時最初的爆炸力，宇宙膨脹就會慢慢停止並開始逆向發展，走向炙熱的大擠壓；如果 Ω&<1 ，就表明宇宙沒有足夠的「物質和能量」的量來抵消膨脹，宇宙就會無休止的膨脹下去，最後死於冰寂；而 Ω=1 的情況就很特殊了，即宇宙膨脹從未停止過，宇宙將死於冷寂。(當然，這都是沒有考慮到是否存在一個宇宙學常數 ∧ 之前)
宇宙背景輻射給出了一個直接測量宇宙曲率的方法。
廣義相對論說，光並不一定一直線傳播，而是沿著被稱為測地線的時空曲面輪廓傳播。在一個平面上，測地線正巧是直線，我們可以想像兩隻在平行線上爬行的小蟲，相隔的距離永遠相同，同理，在平直宇宙中，兩條平行光線在向著一個觀測者靠近的過程中，相隔的距離總是相等的。但是在正曲率的曲面上（就像球面），其測地線是大圓弧，就像經度線，如果北極的兩隻蟲子順著經度線往下爬，它們相隔的距離肯定是變化的。
在一個正曲率的宇宙中，這種結果使遠距離物體的表觀尺度失真，可以想像一下，此時迎面射來的光線會分散開來，所以物體比平常看起來大。而負曲率曲面（就像馬鞍表面）就正好相反，遠處的物體看起來就比平常小。
這就提出了一個計算宇宙曲率的方法，所需要的，就是取一個已知天體，置與極遠的宇宙另一半邊，比較它的，如果它看起來小於我們所預期的尺度，那麼宇宙就是馬鞍形的；如果表觀尺度大於我們對它的預期尺度，那麼宇宙就具正曲率，即像一個球。但前提是，我們需要找到一個標準尺度。
「毫米波段氣球觀天計劃」的望遠鏡就是去在尋找這個標準尺度。宇宙微波背景上的最初熱斑就是這個標準尺度。根據在大爆炸和複合期之間40萬年中廣能夠傳播的距離，理論上能夠準確的知道這些熱斑應該有多大，它實際上就是天文學家所見到的最遙遠天體上已知尺度的斑痕。
如果宇宙平直，就可以預期那些熱斑是1度寬；如果宇宙像一個球，那些熱斑就會比預期大，寬度是1度半或者2度；如果宇宙像馬鞍，那些熱斑就會比預期小，寬度是 2/3 度或者 1/2 度。
而「毫米波段氣球觀天計劃」觀測的數據表明，熱斑大小是1度寬，即是說來自遙遠宇宙的光並沒有因時空形狀而失真，即宇宙既沒有彎曲得像一個球，也沒有彎曲得像一個馬鞍。這就證明了宇宙沒有曲率，意味著，這個世界也許是圓形的（注意：不是球形），但它卻是平直的。
但是，但是，但是，重要的事情說三遍：「毫米波段氣球觀天計劃」觀測的數據只能表明，除了物質之外，宇宙中還有別的東西，比如「暗物質」（跟宇宙學常數 ∧ 有關），這些東西有某種力量讓宇宙變得平直。這些「別的東西」就不是微波背景能夠解釋的了。

謝邀~這麼高深的問題我不會答啊QAQ，不過我倒是可以分享一下我對這個問題的看法。如果說的不對也請各位大神批評指正~

我們平時理解的「平」這個概念和宇宙的「平」是不一樣的，在便於理解的前提下我更贊成把宇宙的「平」稱作「均勻」的。

舉個例子，假設兩道平行光間距30cm，在理想的均勻宇宙中，無論跑多遠，無論在平行光的哪個位置，他們的間距始終不變。這時的曲率是零，宇宙很「平」。

但是當曲率k小於零時，平行光間距在不同位置就是不一樣的。在我們這個點，平行光間距是30cm，但是在一定距離的遠處可能這道平行光的間距就會變大（這個時候能否稱之為平行光我就沒法解釋了……），甚至中間可以塞進一個姚明。再遠處甚至能塞進一頭哥斯拉，再再遠處說不定能塞進一顆地球。這樣宇宙就是發散的，無限遠處會變得無限大，這種情況下宇宙就是無限的，而且越遠越大。不過反正我是無法想像這是什麼樣，雖然我就叫吳晛。

而當曲率k大於零時，平行光間距在不同位置也會不一樣，但情況相反。還是那道間距30cm的平行光，姚明可以從中鑽過去，但是說不定走著走著姚明就只能伸手臂進去了，再走著走著就只能用手摳了，再往後？平行光無限接近了，姚明連頭髮絲都塞不進去了。這種情況下宇宙是有限的，但是也不能說有邊界。這兩條平行光雖說無限接近，但無法交於一點，也到不了宇宙的頭，或者說無限接近宇宙的盡頭。你站在當前位置無論往哪射這對平行光，最終都會無限接近於一點，這個時候宇宙就是閉合的，他有限，但是你觸碰不到邊界。就像0.999……那樣，你雖然知道它表示1，但你永遠不知道小數點後面有幾位。

我們光說姚明了，那麼光怎麼想？在曲率k小於零時，記住這時宇宙是發散的。這道平行光在我們的起點看到姚明在它中間探出了頭，接著它走著走著，姚明變小了，站在了它中間。它接著走，一個小姚明hold不住了，於是幾十個姚明疊羅漢疊了起來勉強夠長，再往前走，光看不見姚明了，因為他們太小了，但是光知道他們肯定成千上萬手拉著腳硬撐著達到了長度。光很納悶，我的視角來看我間距沒變啊可是姚明怎麼變小了？雖然我和光都不知道為什麼，但是一定是曲率的錯。（曲率：怪我咯）

而當曲率k大於零時情況剛好相反，姚明越來越大了。光繼續走，到了接近終點的位置，姚明已經大得無法形容了。這時你從地球上看，如果你視力足夠好，那麼在整片繁星的背後，所有天體的背景就是姚明，你看到的姚明已經變形得能平鋪滿整個球面（事實上肯定會有一點小縫隙）。光的視角來看，姚明只會越來越大，但是姚明最大能多大呢？沒有盡頭，光再走幾輩子也沒有盡頭，儘管姚明還是越來越大。（曲率：又怪我咯）

總之，宇宙是「平」的這個說法就是一種抽象化的說法。就像平地上會有起伏，有山峰有峽谷，那麼宇宙中也會有起伏，而這種起伏表現在宇宙中就是所謂「均勻」問題。我們就像那道光，在不同的地方能看到不同的姚明（什麼鬼），而這大姚明和小姚明，也就相對於山頂的姚明和峽谷底的姚明吧。

好了大概我理解的就說完了……參考了前3樓的回復，漲了不少姿勢，試著做出了自己的理解。今天很榮幸的受寵若驚的接到了邀請，感激涕零，於是盡自己所能完成了自己的知乎首答，也算是小小的倔強吧。在下文科生，發動了文科生天賦「就算不會也能答滿」，然準確率和嚴謹性完全不能看……希望路過大神……不，敬請各位路過的大神不吝賜教並批評指正，大家共同進步為好~

謝邀。本人工科背景，偽民科，如有問題歡迎一起討論。
首先愛的觀點，有物質存在的空間不是平坦的歐幾里德空間就是彎曲的黎曼空間。空間彎曲程度取決於物質的質量及其分布。換言之，空間曲率表現為引力場的強度。
另一方面，宇宙微波背景輻射是大爆炸理論的有力論據。大爆炸模型認為宇宙是扁平的。當然這是在大尺度來說的，用前一段的觀點可以這樣預測，平坦的宇宙中平行光線會保持平行。威爾金森背景輻射探測器證明，宇宙微波背景輻射具有各向同性，各個方向上的輻射微小差異表明宇宙扁平度非常高。到這裡就有了題主的問題這種說法。
但是宇宙大爆炸理論只是眾多宇宙形成論的一種，只是他比較符合目前已知的各種經驗而被廣泛接受。就前沿來說最近比較火的超球體宇宙觀。這個解釋可以從科普書里爛大街的氣球模型來理解，在一個非常大大到存在視界的三維球體上，氣球表面的空間曲率是不是也能小到任取一點可以看到各向同性的背景微波輻射牆並認為他們所處的世界是平坦的呢。那麼假設宇宙是一個超球體的某個投影，我們所見的也許只能證明我們所想證的。

瀉藥，我不會，要翻資料，等我找到了回來回答。抱歉 (??????????????)

」普遍認為|k|的值不大於0.01「　　　　　　但是不要忘記一個微小的差異足夠引起不同的結果，一定要有大爆炸的話，我們可以想像這樣一個高維模型，起點和終點都是宇宙爆炸膨脹的目標點處，也就是我們在三維中心看出去去的任意方向。和克萊因瓶近似，在瓶口穿過自身的哪個結點萬物會聚一處既是終點也是萬物湧現的起點。這樣，三維空間觀測起來是平直的，實際在高維卻是彎曲的，有時候左轉彎有時候右，最終從宏大總到微小會聚對接的，

在這個過程中的宇宙熵值可以理解為，當熵大到足夠確定度的時候。會產生一個交換結果。滿足觀察規律。基於我們目前不想引入未知的外界模型，我們將熵重置或者滿足漲落規律回落。

我想這裡的平，可能有兩個意思：
均勻，也就是大尺度上宇宙各個方向各個位置是地位相等的，並不存在一個任何意義上的中心；
平坦，也就是上面有人提到的，曲率為0或至少十分接近0。
事實上並不能僅從CMB就得到這兩個結論，還必須輔以別的假設/已有結論。上面有人提到弗里德曼方程，但是弗里德曼方程的前提是羅伯遜沃克度規，而羅伯遜沃克度規是描述均勻各向同性時空的，這就循環論證了。

CMB的意義更多的是對於宇宙學參數的限制。就好比我們以前只知道宇宙是條狗，公的，金毛，但是有了CMB的精確觀測，我們現在還知道這條狗的年齡體重大小顏色深淺長相……甚至還能給它搞個初步的基因測序。

瀉藥，可是我不會啊（逃

各項同性，空間曲率等於零

前兩天看了一本紀錄片《宇宙究竟有多大》，BBC的，當中有一部分就是講這個的，還蠻通俗易懂的。
來自網易公開課：
http://open.163.com/movie/2014/11/I/S/MAA0FIECR_MAA0G0LIS.html

大概從38：46開始:)

宇宙是平的意思是說宇宙的空間曲率，我們說平的是指宇宙近似於一個歐式空間（比如說兩條平行直線永遠不會相交，這些又一個大領域.....怎麼通俗說明真是能力有限啊），而不是黎氏。從微波輻射背景來看就是輻射十分的平均，各向同性。

一塊石頭到達湖面首先接觸的是湖面光到達的會反射

光速快於聲速，關於這個問題吧，其實就好比是人的眼睛，你能看到自己的眼睛是圓的嗎？那當然可以，照個鏡子，同理可得，取決於你看的角度。

宇宙背景輻射自發現之初就飽受爭議，而人類歷史長河中混沌的理念深入其中。從數據上來看與其說是宇宙是平的不如說宇宙是均勻的常態的。而突破這個遐想來看，我個人感覺應當有另一種未知或者說理論上的參數一直處於變化當中，即熵的理論。所以通俗的解釋，就是宇宙的背景輻射因為維度問題在我們看來始終是均勻的。

謝邀。嗯？宇宙怎麼是平的呢。微波背景輻射只是為平行宇宙提供了一條證據。