根據(jù)這一原理,大尺度上的宇宙空間沿各個方向都是相同的(專業(yè)術(shù)語為各向同性,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”,是指邊長達(dá)到或超過幾十億光年的一大塊空間。在整個宇宙中,當(dāng)然會有物質(zhì)密集的區(qū)域(比如星系),但如果我們選擇一個邊長數(shù)十億光年的巨大空間,就會發(fā)現(xiàn)它和其他大空間看起來沒什么兩樣。換句話說,宇宙中不存在特殊的區(qū)域或特殊的方向。事實上,我們根本不必預(yù)設(shè)一個特殊的位置,也可以通過如下的方式理解哈勃對退行星系的觀測。如果時空真的在膨脹,那么宇宙中任何地點的任何人,都會看到與我們所見相同的景象。位于一億光年以外某個行星上的科學(xué)家,同樣會發(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,因為那需要想象一個無限(或無界)的三維空間,且它并不嵌入在一個高維的空間中。這既不可能畫在一張二維的紙上,也不能通過一個由黏土或塑料構(gòu)成的三維模型來實現(xiàn)。但是作為科學(xué)家,我們可以超越人類感知的限制,并通過構(gòu)造數(shù)學(xué)模型來想象高維空間。正如工程師用輕木或金屬搭建實驗?zāi)Ｐ?物理學(xué)家也會用數(shù)學(xué)構(gòu)造實驗?zāi)Ｐ汀⑼ㄟ^他們的方法來深入了解這些模型。當(dāng)然,我們也可以利用類比來想象(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)言時返回到更為復(fù)雜的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)上。

氣球是一個常常用來類比宇宙膨脹的例子——親自動手做一下這個小實驗會更有幫助。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間隔2厘米的墨點,并用有顏色的筆標(biāo)記出其中任意兩個作為基準(zhǔn)點,以便我們在隨后的膨脹過程中時刻追蹤它們。接下來繼續(xù)給氣球充氣,并重新測量兩個彩色點各自到其他點的距離。這時你將會發(fā)現(xiàn)(假設(shè)氣球均勻充氣,并基本保持球形),無論選擇哪一彩色點為基準(zhǔn),其他所有的點都會遠(yuǎn)離它,且兩點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)一個最初距某個彩色點2厘米的點,現(xiàn)在變成了相距4厘米(它們之間的距離增加了2厘米),那么最初距同一個彩色點4厘米的另一個點,現(xiàn)在將離它8厘米之遠(yuǎn)(距離增加了4厘米)。假設(shè)你花了一秒鐘來為氣球充氣,那么近一些的那個點(離彩色點遠(yuǎn)去)的速度為每秒2厘米,而遠(yuǎn)一些的那個點則為每秒4厘米。