根據(jù)這一原理,大尺度上的宇宙空間沿各個(gè)方向都是相同的(專業(yè)術(shù)語(yǔ)為各向同性,isotropic),且其中物質(zhì)和能量的分布也是均勻的(homogeneous)。這里所謂的“大尺度”,是指邊長(zhǎng)達(dá)到或超過(guò)幾十億光年的一大塊空間。在整個(gè)宇宙中,當(dāng)然會(huì)有物質(zhì)密集的區(qū)域(比如星系),但如果我們選擇一個(gè)邊長(zhǎng)數(shù)十億光年的巨大空間,就會(huì)發(fā)現(xiàn)它和其他大空間看起來(lái)沒(méi)什么兩樣。換句話說(shuō),宇宙中不存在特殊的區(qū)域或特殊的方向。事實(shí)上,我們根本不必預(yù)設(shè)一個(gè)特殊的位置,也可以通過(guò)如下的方式理解哈勃對(duì)退行星系的觀測(cè)。如果時(shí)空真的在膨脹,那么宇宙中任何地點(diǎn)的任何人,都會(huì)看到與我們所見(jiàn)相同的景象。位于一億光年以外某個(gè)行星上的科學(xué)家,同樣會(huì)發(fā)現(xiàn)所有的遠(yuǎn)方星系都在離他們遠(yuǎn)去,而且距離越遠(yuǎn)的跑得越快。

這怎么可能呢?在這里我們不能描繪出精確的圖像,因?yàn)槟切枰胂笠粋€(gè)無(wú)限(或無(wú)界)的三維空間,且它并不嵌入在一個(gè)高維的空間中。這既不可能畫在一張二維的紙上,也不能通過(guò)一個(gè)由黏土或塑料構(gòu)成的三維模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是作為科學(xué)家,我們可以超越人類感知的限制,并通過(guò)構(gòu)造數(shù)學(xué)模型來(lái)想象高維空間。正如工程師用輕木或金屬搭建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?物理學(xué)家也會(huì)用數(shù)學(xué)構(gòu)造實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⑼ㄟ^(guò)他們的方法來(lái)深入了解這些模型。當(dāng)然,我們也可以利用類比來(lái)想象(如橡膠膜上的蟲子世界),從而在某些方面上更直觀地理解復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。但我們必須記住這些類比的局限性,并確保在做理論預(yù)言時(shí)返回到更為復(fù)雜的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)上。

氣球是一個(gè)常常用來(lái)類比宇宙膨脹的例子——親自動(dòng)手做一下這個(gè)小實(shí)驗(yàn)會(huì)更有幫助。氣球應(yīng)該盡可能是球形的,并在條件允許的情況下盡可能地大,這樣我們才能看到將要發(fā)生的事情?，F(xiàn)在開始吹氣球,直到把它吹成軟硬適度的狀態(tài)。然后在氣球上畫幾個(gè)間隔2厘米的墨點(diǎn),并用有顏色的筆標(biāo)記出其中任意兩個(gè)作為基準(zhǔn)點(diǎn),以便我們?cè)陔S后的膨脹過(guò)程中時(shí)刻追蹤它們。接下來(lái)繼續(xù)給氣球充氣,并重新測(cè)量?jī)蓚€(gè)彩色點(diǎn)各自到其他點(diǎn)的距離。這時(shí)你將會(huì)發(fā)現(xiàn)(假設(shè)氣球均勻充氣,并基本保持球形),無(wú)論選擇哪一彩色點(diǎn)為基準(zhǔn),其他所有的點(diǎn)都會(huì)遠(yuǎn)離它,且兩點(diǎn)間的新距離取決于它們當(dāng)初的距離是多少。如果你發(fā)現(xiàn)一個(gè)最初距某個(gè)彩色點(diǎn)2厘米的點(diǎn),現(xiàn)在變成了相距4厘米(它們之間的距離增加了2厘米),那么最初距同一個(gè)彩色點(diǎn)4厘米的另一個(gè)點(diǎn),現(xiàn)在將離它8厘米之遠(yuǎn)(距離增加了4厘米)。假設(shè)你花了一秒鐘來(lái)為氣球充氣,那么近一些的那個(gè)點(diǎn)(離彩色點(diǎn)遠(yuǎn)去)的速度為每秒2厘米,而遠(yuǎn)一些的那個(gè)點(diǎn)則為每秒4厘米。