资料来源：科学庭院
还记得《三体死神永生》中的针画家吗？
他见过的任何人都能毫无差错地画出来。但是有一个特殊的情况，画家只能失败，他是深水王子。
故事中的深水王子在远处看起来像一座巨大的山峰，但当靠近看时，它就变成了一个巨人的大小。当他真正接近他时，他的身高比普通人矮一半。失败的针眼画家认为，“在我们的视野中，世界上所有的风景都是近大而远小的。这是透视原理。我是西方画派的画家。西方画派遵循透视的原则，所以我不能画他(接近小和大)。”
毕竟，小说就是小说。对我们生活在地球上的人来说，深水王子的伟大和渺小只能是不正常的，而事实是伟大和渺小。但是如果我们看看宇宙，像深水王子这样的特例真的会失败吗？
远小近大，深入人心的透视原理
许多绘画初学者经常听到透视的概念。在判断一幅画时，人们经常提到画的透视关系好，画的透视比例不对，等等。
世界是三维的，而画在纸上的是二维的。在日常生活中，由于距离和观察方向的不同，我们看到的人和事物的图像可以分为距离、高度、大小和长度。为了在人们的眼中获得立体的印象，我们现在总结一下透视原理(这里的透视是指像照相机一样的聚焦透视)。
一个能很好地反映透视原理的棒状图(照片来源：维尔画廊)达芬奇总结了三种视角：颜色视角、消失视角和线条视角。我们常说“近大而远小”是这个原则的一个关键点。
在照相机发明之前，西方的许多画家都是手工修复摄影师的作品。那时，绘画的任务之一是能够清晰地描绘世界。为了给每个人创造一个令人钦佩的形象，大多数皇室贵族会雇一个有钱的画家，隆重地打扮自己，像木头人一样坐几个小时，耐心地等待画家完成手稿。每次画家画一笔时，他必须确保他符合透视原理，并且画家的身体是美丽和对称的，这样佣金才能保证进入包中。
符合透视原理的《蒙娜丽莎》和不符合透视原理的毕加索的画(照片来源：维基百科)，归根结底，透视原理是一种科学与艺术相结合的技术，它的存在无非是为了还原世界的真实面貌。靠近我们的东西看起来很大，而远离我们的东西看起来很小。接下来的问题是，我们能不能在现实中找到不符合透视原理的特殊情况？
如果我们把地球和宇宙比作一个气球，想象下图。如果你站在A点，同样的比萨饼在B点还是C点更大？
(来源：边肖自制)我们会理所当然地认为在B点的比萨饼看起来更小。对于地球上的静态气球来说，这自然是正确的，但是对于宇宙中的气球来说，不幸的是，某些东西不断地向它吹来，并且在点B和点C的比萨饼图像被显示给点A需要一定的时间延迟，并且在延迟期间气球再次膨胀。因此，由于地理限制，一旦我们把目光投向整个宇宙(逐渐吹气球)，奇怪的事情就会发生。
这个宇宙有点“大小”失衡
我们的宇宙是一个膨胀的宇宙，它使大多数天体远离我们，并使它们的光谱移动到红色的一端。我们经常用红移(z)来粗略地表示遥远恒星和我们之间的距离(这里的红移仅指宇宙红移，但不包括天体自身运动的红移)。红移越大，离我们越远。以我们的邻居仙女座星系为例，如果上帝的一只手一直把他推离银河系，我们眼中看到的画面将会发生这样的变化：
当上帝的手将我们的邻居星系M31推得越来越远时，它的大小就像我们眼中的一幅画一样变化(不管颜色如何变化)。我们可以看到，当星系开始远离我们时，我们看到它变得越来越小，但是当它远离到一定程度时，我们的眼睛为什么会异常地变大？可以看出，当红移z大于某个值时，我们头脑中的近大远小的概念就崩溃了。
奇怪吗？有趣吗？还是惊人的？尽管现实中没有上帝之手将M31推离我们，但事件背后的规律确实存在，这是我们对宇宙星系进行大规模调查的结果。
那么，这种奇怪的现象是如何发生的呢？
在解决这样一个问题之前，我们必须问一个智湖问题。当我们看星系时，我们在看什么？
是光！它是历经艰辛到达地球的光！我们看到的不是星系本身，而是这个星系的光子在宇宙中传播后会聚产生的图像。随着宇宙不断膨胀，我们必须摆脱绝对时间和空间的思维去思考问题。
遥远星系的放大示意图(照片来源：作者自画)假设在星系的每一端都有一个光子飞向地球。在到来的过程中，两个光子的空间会随着宇宙的膨胀而膨胀。也就是说，光子会聚在我们身上，而它们彼此远离。因此，它不是一条直线，而是一条曲线。我们推回的星系形状实际上是该星系的放大虚像。当身体靠近我们时，这种效果并不明显；宇宙的膨胀只在相当远的距离内起作用。它可以被称为“让子弹飞一会儿”的宇宙版本。
如果你对这样一个一般性的定性回答不满意，这里有一个定量的解释。
基于大量的天文观测，我们总结出一个非常有用的宇宙学原理，它只有一句话：宇宙是均匀的，各向同性的。也就是说，在宇宙的任何一点，从这一点向任何一个方向，看到的景象都是一样的。也就是说，宇宙没有中心，从任何天体都可以观察到宇宙演化的相同画面。当然，这张宇宙图片不是用在地球的尺度上，而是真的适用于宇宙的尺度，它相当于超星系团的尺度。
结合爱因斯坦的相对论，我们得到了这样一个宇宙时空的度量，其中隐藏了宇宙的透视原理。
描述我们的时空的FLRW度量的推导太复杂了，所以感兴趣的合作伙伴可以尝试自己推导或者在评论区参与讨论。看到一个或两个公式的朋友只需要记住天体视角和由FLRW度量推导出的红移之间的关系，最后一行的就是我们看到的视角(在化合物的背景中回复“宇宙视角”，得到相关公式的推导过程)。感兴趣的朋友可以在这里戳：宇宙正在膨胀，人们是如何发现它的？
谁改变了宇宙的透视效果？
既然我们已经发现了这个违反“近小而远”原则的定律，有没有什么因素影响宇宙的透视效果？然后我们必须谈论宇宙的组成部分。
虽然我们接触的世界似乎有许多种物质，但基本上可以归为重子，也就是我们所说的普通物质。如果把宇宙比作比萨饼，这种普通物质只占宇宙的5%，另外25%是暗物质。这30%可以统称为物质物品，因为它们都参与重力吸引来抑制宇宙的膨胀。剩下的70%是暗能量，我们仍然无法弄清楚。我们只知道它是宇宙膨胀的幕后推手，具体细节仍然未知。还有一种特殊的成分，那就是宇宙中的信使——光子。虽然它们在星系形成之前就做出了杰出的贡献，但当它们进化到这个宇宙时，它们似乎已经变成了一个被毁灭的地方，只占不到千分之一的小角落，可以作为这个馅饼的调味剂。在下面的讨论中，我们不妨忽略它。
宇宙派(图片来源：中国科学院国家天文台陈)所以影响透视的主要因素只有两个，一个是物质项，另一个是暗能量项。继续以M31星系为参照，让我们再次重温当前宇宙的视角：
我们宇宙中视角效应的红移越大，离我们越远(图片来源：作者的自画像)。会不会是暗能量在起作用，使得我们的自我思考视角原则无效？那么我们不妨做一个极端的假设。假设我们的宇宙是由没有任何杂质的暗能量组成的，那么星系相互远离的情况会是怎样的呢？
假设宇宙由完全的暗能量组成，我们可以从这个宇宙的透视原理(蓝线)(图片来源：作者自画)中看到，我们所期待的宇宙回来了，暗能量似乎不是一个逆转我们认知观点的因素。为了保证正确性，我们尽量稍微增加物质物品的比例，减少暗能量的比例：
随着暗能量从100%逐渐减少到70%，物质成分逐渐增加30%(我们的宇宙)，我们可以发现随着物质比例的增加，奇怪的宇宙视角又回来了。似乎可以断定这是件大事。那我们不妨再做一次极端的尝试。假设我们宇宙物质的比例占100%，会是什么情况？
如果我们的宇宙100%由物质组成，那么宇宙对遥远恒星的“放大效应”将显著更大(照片来源：作者自画像)。可以看出，由100%物质组成的宇宙大大颠覆了传统的透视原理。总的来说，是我们不敢怀疑的物质给我们带来了宇宙放大效应。但是看似神秘的暗能量被我们自封的透视原理保护着。至于像《深水王子》一文开头的例子，完全大而接近小的宇宙是不存在的。
最后，综合不同物质成分和暗能量成分下宇宙的透视效果(图片来源：作者自画)。只有当宇宙以完全的暗能量存在时，远小近大的透视现象才永远不会失败。然而，如果宇宙都是由暗能量组成的，我们人类怎么会出现呢？这意味着你不能既吃蛋糕又吃。最后，让我们通过假装来总结一个扭曲的事实：
宇宙中总有一些不可思议的事情，在那里有人。
