由“平行宇宙”组成的多元宇宙的想法是一个流行的科幻比喻，最近在获得奥斯卡奖的电影“一切无处不在”中得到了探索。然而，它在科学可能性的范围内。

重要的是从一开始就说明多元宇宙的存在(或不存在)是我们目前对物理基本定律的理解的结果——它不是来自读了太多科幻书籍的异想天开的物理学家的头脑.

多元宇宙有不同的版本。第一个也许是最受欢迎的版本来自量子力学，它支配着原子和粒子的世界。它表明一个粒子可以同时处于许多可能的状态——直到我们测量系统并且它选择一个。根据一种解释，我们没有测量到的所有量子可能性都在其他宇宙中实现。

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永恒的通货膨胀

第二个版本，宇宙论多元宇宙，是宇宙膨胀的结果。为了解释今天的宇宙看起来到处都大致相似的事实，物理学家艾伦古斯在1981年提出早期宇宙经历了一段加速膨胀的时期。在这段膨胀期间，空间被拉伸，以至于任意两点之间的距离被推开的速度比光速还快。

膨胀理论还预测了原始种子的存在，这些原始种子会成长为恒星和星系等宇宙结构。这是在2003年通过观察宇宙微波背景中微小的温度波动而成功地发现的，宇宙微波背景是大爆炸遗留下来的光。随后，空间实验WMAP和普朗克以极高的精度对其进行了测量。

由于这一显着的成功，宇宙膨胀现在被大多数宇宙学家认为是早期宇宙的事实理论。

但是宇宙膨胀有一个(也许是意想不到的)后果。在膨胀过程中，空间在非常大的尺度上被拉伸和平滑——通常比可观察的宇宙大得多。然而，宇宙膨胀必须在某个时刻结束，否则我们的宇宙就无法演化成今天的样子。

但物理学家很快意识到，如果暴胀真的是真的，那么即使其他区域的暴胀结束，时空的某些区域也会继续暴胀。继续膨胀的区域可以被认为是一个独立的膨胀宇宙。这个过程无限期地继续下去，膨胀的宇宙产生更多膨胀的宇宙，创造出一个多重宇宙。

这种现象被称为“永恒的通货膨胀”。1983年，物理学家保罗·斯坦哈特(PaulSteinhardt)和亚历克斯·维伦金(AlexVilenkin)首次描述了永恒暴胀，直到21世纪初，它一直是宇宙暴胀的奇异产物，当时它与弦理论的一个想法相结合，产生了一个有争议但令人信服的解释，解释了为什么我们的物理定律是他们今天是什么。

弦理论尚未得到证实，但它是目前我们对万物理论的最大希望——统一量子力学和引力。然而，物理上现实的弦理论必须拥有十个或更多维度(而不是我们通常的三个空间维度加上时间)。因此，为了描述我们目前的宇宙，这些维度中的六个或更多维度必须被“压缩”——以我们看不见的方式卷曲。

其数学过程是已知的。这个过程的问题(有些人可能会说是特征)是至少有10500种方法可以进行这种紧凑化——这种令人难以置信的巨大可能性集被称为“字符串景观”。每次紧化都会产生一组不同的物理定律，可能对应于不同的宇宙。这引出了两个关键问题：我们在字符串领域处于什么位置，为什么?

永恒暴胀为第一个问题提供了一个优雅的答案：多元宇宙的每个暴胀宇宙都实现了弦景观中的不同点，因此所有可能的物理定律都可以存在于多元宇宙的某个地方。但为什么我们的宇宙如此擅长产生像我们这样的智慧生命呢?好吧，从统计学上讲，有些宇宙应该像我们的宇宙一样——我们生活在一个宇宙中，我们所观察到的是我们的物理定律。

然而，这种观点极具争议性——许多人认为这不是科学论点，并引发了深入的调查。

可测试性

多元宇宙的明显挑战是它的可观察性。假设它确实存在，那么是否有可能观察到其他宇宙，即使是在原则上?对于量子多元宇宙，答案是否定的——不同的宇宙不交流。但在膨胀的多元宇宙中，答案是“是的，如果我们幸运的话”。

由于不同的宇宙占据相同的物理空间，原则上相邻的宇宙可能会相互碰撞，可能会在我们可观测的宇宙中留下遗迹和印记。由伦敦大学学院的HiranyaPeiris和周界研究所的MatthewJohnson领导的一项研究合作表明，这种碰撞确实应该在可以搜索的宇宙微波背景(大爆炸遗留下来的光)上留下印记——尽管到目前为止，没有找到这些签名。

下一个挑战是理论上的。一些理论家认为，弦景观中的大多数宇宙实际上在数学上是不一致的——不可能像我们的宇宙那样存在。相反，它们存在于解的沼泽地——尤其是，允许宇宙膨胀的弦理论的解似乎很难找到。

弦理论家和宇宙学家对于弦理论是否可以描述暴胀存在很大分歧，即使在原则上也是如此。这个难题既令人烦恼又令人兴奋——它表明这两个想法中的一个是错误的，其中任何一个都将导致理论物理学的一场革命。

最后，宇宙膨胀的前提现在正受到挑战。宇宙膨胀的存在理由是，无论早期宇宙看起来如何，膨胀都会动态地将宇宙驱动到我们今天看到的光滑宇宙。然而，从来没有严格研究过宇宙膨胀是否真的可以从一开始就开始。

这是因为描述过程开始的方程太复杂而无法解析求解。但这个问题现在正由世界各地的几个研究小组进行严格测试，包括我在伦敦国王学院的研究小组，现代高性能计算的力量被用来解决这些以前难以解决的方程式。所以注意这个空间。