在歐氏幾何中有這么一個公理：過直線外一點，只能引一條直線與之平行。那么，能不能過直線外一點引多條直線與之平行，又或者過直線外一點不能引直線與之平行？尼古拉·洛巴切夫斯基和雅諾斯·鮑耶獨立證明了前者，而伯恩哈德·黎曼證明了后者。后來，黎曼對這些幾何進行了總結，開創了黎曼幾何。

也就是說，有三種基本不同的空間表面。有正曲率的曲面，例如球面；有負曲率的曲面，例如馬鞍面；還有一些曲率為零的曲面，就像一張平坦的紙。當時，黎曼幾何雖然被開創出來，但黎曼也不知道有何作用。

在20世紀早期，阿爾伯特·愛因斯坦利用黎曼的度規張量發展了廣義相對論。簡單地說，愛因斯坦意識到，用絕對的方式來考慮空間和時間是沒有意義的。在狹義相對論中，如果你以接近光速的速度旅行，空間會沿著你的運動方向收縮、時間會膨脹。然而，狹義相對論所描述的是一個沒有引力的宇宙。

但我們的宇宙確實有引力。不僅是質量的存在，還有所有形式的能量的存在，都會導致時空結構以一種特定的方式彎曲。愛因斯坦花了整整十年的時間，從1905年到1915年，才在很大程度上依靠黎曼的早期工作，弄清楚如何將引力納入相對論。

它的非凡之處在于，當我們將廣義相對論的場方程應用于我們的宇宙時，我們發現三件事之間存在錯綜復雜的關系：宇宙中各種物質和能量的總和；在最大的宇宙尺度上，宇宙整體膨脹的速度；以及可觀測宇宙的曲率。

在熱大爆炸的最初時刻，宇宙非常熱，非常密集，而且膨脹得非常快。因為，在廣義相對論中，時空結構本身的演化方式完全依賴于其中的物質和能量，所以像這樣的宇宙如何隨著時間的推移而演化，實際上只有三種可能性。

第一種可能，如果膨脹率對于宇宙中物質和能量的數量來說太低，物質和能量的聯合引力效應將減緩膨脹，最終導致它停止并反轉方向收縮。很快，宇宙就會在大收縮中坍塌。

第二種可能，如果膨脹率對于宇宙中物質和能量的數量來說太高，引力不僅無法阻止和逆轉膨脹，甚至可能無法實質性地減慢它。宇宙失控膨脹的危險是非常大的，會使星系、恒星甚至原子的形成成為不可能。

第三種可能，如果膨脹速率和總物質和能量密度平衡得恰到好處，宇宙會永遠膨脹下去，并形成大量豐富、復雜的結構。

也就是說，相對于膨脹率而言，物質和能量太多的宇宙將具有正曲率，而物質和能量太少的宇宙將具有負曲率，只有平衡的情況下才會是平的。我們的宇宙的一切都很平衡，因此它是平坦的。我們可以利用宇宙微波背景來揭示宇宙的曲率。

我們的宇宙在熱大爆炸的早期階段是非常均勻的，但不是完全均勻的，還有一些微小的缺陷：區域的密度比平均水平略高或略低。這是引力和輻射相互作用的結果，前者優先吸引物質和能量到密度較大的區域，而后者則反過來推動物質。結果，我們得到了一組溫度波動的模式，這些模式被印在了可觀察到的輻射中，這就是大爆炸留下的宇宙微波背景。

這些溫度的波動在特定的距離尺度上有一個范圍。在一個平坦的宇宙中，這些尺度呈現原樣，而在一個彎曲的宇宙中，這些尺度會顯得更大(正曲率的宇宙中)或更小(負曲率的宇宙中)。根據我們從普朗克衛星和其他來源觀測到的宇宙背景輻射溫度波動的大小，我們可以確定宇宙不僅是平坦的，而且其平坦度至少達到 99.6%。