根据这一原理,大尺度上的宇宙空间沿各个方向都是相同的(专业术语为各向同性,isotropic),且其中物质和能量的分布也是均匀的(homogeneous)。这里所谓的“大尺度”,是指边长达到或超过几十亿光年的一大块空间。在整个宇宙中,当然会有物质密集的区域(比如星系),但如果我们选择一个边长数十亿光年的巨大空间,就会发现它和其他大空间看起来没什么两样。换句话说,宇宙中不存在特殊的区域或特殊的方向。事实上,我们根本不必预设一个特殊的位置,也可以通过如下的方式理解哈勃对退行星系的观测。如果时空真的在膨胀,那么宇宙中任何地点的任何人,都会看到与我们所见相同的景象。位于一亿光年以外某个行星上的科学家,同样会发现所有的远方星系都在离他们远去,而且距离越远的跑得越快。
这怎么可能呢?在这里我们不能描绘出精确的图像,因为那需要想象一个无限(或无界)的三维空间,且它并不嵌入在一个高维的空间中。这既不可能画在一张二维的纸上,也不能通过一个由黏土或塑料构成的三维模型来实现。但是作为科学家,我们可以超越人类感知的限制,并通过构造数学模型来想象高维空间。正如工程师用轻木或金属搭建实验模型,物理学家也会用数学构造实验模型——并通过他们的方法来深入了解这些模型。当然,我们也可以利用类比来想象(如橡胶膜上的虫子世界),从而在某些方面上更直观地理解复杂的数学模型。但我们必须记住这些类比的局限性,并确保在做理论预言时返回到更为复杂的数学结构上。
气球是一个常常用来类比宇宙膨胀的例子——亲自动手做一下这个小实验会更有帮助。气球应该尽可能是球形的,并在条件允许的情况下尽可能地大,这样我们才能看到将要发生的事情。现在开始吹气球,直到把它吹成软硬适度的状态。然后在气球上画几个间隔2厘米的墨点,并用有颜色的笔标记出其中任意两个作为基准点,以便我们在随后的膨胀过程中时刻追踪它们。接下来继续给气球充气,并重新测量两个彩色点各自到其他点的距离。这时你将会发现(假设气球均匀充气,并基本保持球形),无论选择哪一彩色点为基准,其他所有的点都会远离它,且两点间的新距离取决于它们当初的距离是多少。如果你发现一个最初距某个彩色点2厘米的点,现在变成了相距4厘米(它们之间的距离增加了2厘米),那么最初距同一个彩色点4厘米的另一个点,现在将离它8厘米之远(距离增加了4厘米)。假设你花了一秒钟来为气球充气,那么近一些的那个点(离彩色点远去)的速度为每秒2厘米,而远一些的那个点则为每秒4厘米。
