20 世纪科学界最成功的理论之一是宇宙膨胀，它先于并引发了热大爆炸。

宇宙彭胀理论预测多重宇宙： 大量宇宙经历热大爆炸，

但是每个发生大爆炸的区域

彼此完全分开

除了在它们之间的空间不断膨胀之外，什么也没有。

我们无法探测到这些其他宇宙，

但在宇宙膨胀的背景下，它的存在可能是不可避免的。

·无论何时何地宇宙膨胀结束，你都会得到一个炽热的大爆炸。如果膨胀和量子场论是正确的，那么多元宇宙是必须的。

一个狂野而引人注目的想法，但没有直接和实际的证据下，多元宇宙极具争议。

当我们今天看宇宙时，它同时告诉我们关于它自己的两个故事。一个这样的故事是关于今天宇宙的样子，包括我们拥有的恒星和星系，它们是如何分组的，它们是如何移动的，以及它们是由什么成分构成的。

这是一个相对简单的故事，我们只是通过观察我们看到的宇宙而了解到的。但另一个故事是宇宙是如何变成今天这样的，这是一个需要更多工作才能发现的故事。

当然，我们可以从很远的地方观察物体，这告诉我们宇宙在遥远的过去是什么样子：今天到达的光是第一次发射的时候。

但我们需要将其与我们的宇宙理论、大爆炸框架下的物理定律结合起来，来解释过去发生的事情。

当我们这样做时，我们看到了非凡的证据，表明我们的热大爆炸之前并由一个更早的阶段决定：宇宙膨胀。

但是为了让膨胀能够给我们一个与我们所观察到的一致的宇宙，旅程中有一个令人不安的出现：多元宇宙空间，这就是为什么物理学家压倒性地声称多重宇宙必须存在的原因。

膨胀宇宙的“葡萄干面包”模型，

其中相对距离随着空间（质量）的扩大而增加。

距离较远的两个通道彼此相距较远，

接收到光时观察到的红移越大。

那么预测的红移距离关系，膨胀的宇宙被观测证实，

并且与已知的一致。

在 1920 年代，证据变得压倒性地表明，天空中大量的螺旋和椭圆不仅是整个星系本身，而且确定的这样一个星系越远，它的光系统地转移到的数量就越大。更长的波长。

虽然最初提出了多种解释，但随着证据的增多，它们都消失了，直到只剩下一个：

宇宙本身正在经历宇宙膨胀，就像一条发酵的葡萄干面包，其中像星系这样的束缚物体（例如葡萄干）嵌入在膨胀的宇宙中（例如上图面包图中）。

如果今天的宇宙正在膨胀，并且其中的辐射正在向更长的波长和更低的能量转移，那么在过去，宇宙一定是，更小、更密集、更均匀、更热，只要任何数量的物质和辐射是这个膨胀宇宙的一部分，大爆炸的想法就会产生三个明确和通用的预测：

·一个大规模的宇宙网，其星系随着时间的推移而增长、演化和聚集得更加丰富

·低能黑体辐射的背景，中性原子最初在炽热的早期宇宙中形成时遗留下来的

·即使在从未形成恒星的区域中也存在的最轻元素（氢、氦、锂及其各种同位素）的特定比例

随着宇宙的膨胀，

代表数十亿年的引力增长

在一个富含暗物质的宇宙中。

注意细丝和丰富的簇

在细丝的交叉处形成，

它们主要是由暗物质引起的；

正常物质只起次要作用。

所有三个预测都已通过观察得到证实，这就是为什么大爆炸作为我们宇宙起源的主要理论占据至高无上的地位，也是为什么它的所有其他竞争者都分崩离析的原因。

然而，大爆炸只描述了我们的宇宙在早期阶段的样子。它没有解释为什么它具有这些属性。

在物理学中，如果你知道你的系统的初始条件和它遵循的规则，你就可以极其准确地预测，直到你的计算能力的极限和你系统固有的不确定性，它会如何任意演化到未来的终点。

但是大爆炸在开始时需要什么初始条件才能给我们我们所拥有的宇宙？

这有点令人惊讶，但我们发现，

·必须有一个最高温度显着低于（至少约 1000 倍）普朗克尺度，这是物理定律打破的地方

·宇宙必须在所有尺度上都具有大约相同幅度的密度波动

·膨胀率与物质和能量的总密度必须几乎完美平衡：至少达到显着的约 30 位数

·必须在所有位置出生时都具有相同的初始条件（相同的温度、密度和波动谱），即使是因果不相关的位置

·它的熵一定比今天低得多，低几万亿倍

如果这三个不同的空间区域

他们从来没有时间热化，

彼此共享信息或传输信号，

那么为什么它们都具有相同的温度呢？

这是问题之一

与大爆炸的初始条件；

所有这些地区怎么能得到相同的温度？

除非他们以某种方式开始？

每次我们面临初始条件的问题时——基本上为什么我们的系统会以这种方式启动？- 我们只有两个选择：

·我们可以诉诸不可知的事物，说它是如此，因为那是它可能的唯一方式，我们无法知道其他任何事情

·我们可以尝试找到一种机制来建立和创造我们知道我们需要拥有的条件

第二条路径是物理学家所说的“通过诉诸动力学”，我们试图提出一种机制来做三件重要的事情。

1.它必须重现它试图取代的模型产生的所有热，在这个特定的案例中，就是热的大爆炸。所有上述基石都必须来自我们提出的任何机制。

2.它必须解释大爆炸不能解释的东西：宇宙开始的初始条件。这些在大爆炸中仍未得到解释的问题只需要通过出现的任何新想法来解释。

3.它必须做出与原始理论的预测不同的新预测，并且这些预测必须导致以某种方式可观察、可测试和/或可测量的结果。

我们唯一满足这三个标准的想法是宇宙膨胀理论，它在所有三个方面都取得了空前的成功。

指数膨胀，

宇宙膨胀期间会发生什么？

它是如此强大，因为它是无情的。

每经过约 10 -35秒（给予或接受），

任何特定空间区域的体积

每个方向翻倍，

导致任何粒子或辐射被稀释

并导致任何曲率

膨胀基本上说的是，宇宙在炎热、稠密、到处都是物质和辐射之前，处于一种由空间本身固有的大量能量主导的状态：

某种场或真空能量。

只是，不像今天的暗能量，它的能量密度非常小（相当于每立方米空间大约一个质子），膨胀期间的能量密度是巨大的：大约是今天暗能量的 10 25倍！

宇宙在膨胀期间膨胀的方式与我们所熟悉的不同。

在具有物质和辐射的膨胀宇宙中，体积增加而粒子数量保持不变，因此密度降低。

由于能量密度与膨胀率有关，因此膨胀会随时间减慢。但如果能量是空间本身固有的，那么能量密度保持不变，膨胀率也是如此。

结果就是我们所知的指数膨胀，在很短的时间之后，宇宙的大小翻了一番，然后它又过去了，又翻了一番，依此类推。

在很短的时间内，一秒钟的一小部分，一个最初比最小的亚原子粒子还小的区域可以伸展到比今天整个可见宇宙还大

我们的现代宇宙

具有相同的属性（包括温度）

无处不在，因为它们起源于

具有相同属性的区域。

在中央窗格图中，

可能有任意曲率的空间

膨胀到我们无法观察到的程度

今天的任何曲率，解决了平面度的问题。

在底部图片中，

预先存在的高能遗迹膨胀，

为高能遗迹问题提供解决方案。

宇宙膨胀就是这样解决三大谜团的

大爆炸本身无法解释。

在膨胀期间，宇宙被拉伸到巨大的尺寸。这在此过程中完成了许多事情，包括：

·拉伸可观测宇宙，无论其初始曲率如何，使其与平面无法区分

·获取开始膨胀的区域中存在的初始条件，并将它们传播到整个可见宇宙

·产生微小的量子涨落并将它们拉伸到整个宇宙，因此它们在所有距离尺度上大致相同，但在较小尺度上的幅度略小（当膨胀即将结束时）

·将所有“膨胀”场能转化为物质和辐射，但只能达到远低于普朗克尺度（但与膨胀能量尺度相当）的最高温度

·创造出一系列密度和温度波动，这些波动存在于比宇宙视界更大的尺度上，并且到处都是绝热（恒定熵）和非等温（恒定温度）的

这再现了热的、非通胀的大爆炸的成功，提供了解释大爆炸初始条件的机制，并做出了许多不同于非通胀开始的新预测。

在 1990 年代初期和今天，对通胀情景的预测与观察结果一致，这与热的、非通胀的大爆炸不同。

膨胀期间发生的量子涨落。

在整个宇宙中伸展，当膨胀结束时，

它们变成密度波动。这导致，随着时间的推移，

对于当今宇宙中的大尺度结构，

以及在观察到的温度波动。

这是一个壮观的例子，说明现实的量子本质如何

它大规模地影响着整个宇宙。

关键是，为了重现我们看到的宇宙，必须发生最低限度的膨胀，这意味着膨胀必须满足某些条件才能成功。

我们可以将膨胀建模为一座小山，当你停留在山顶时，你会膨胀，但一旦你下降到底部，膨胀就会结束，并将其能量转移到物质和辐射中。如果你这样做，你会发现某些“山丘形状”或物理学家所说的“势能”有效，而另一些则无效。

它起作用的关键是山顶的形状必须足够平坦。

简单来说，如果你把膨胀场想象成山顶上的一个球，膨胀的大部分时间它应该是缓慢滚动的，只有在进入山谷时才会加快速度并快速滚动，从而结束膨胀。

我们已经量化了宇宙膨胀应该移动的速度，这告诉我们有关这种潜力的形状。

只要顶部足够平坦，膨胀就可以作为我们宇宙开始的可行解决方案......

最简单的宇宙膨胀模型是我们从

在一座众所周知的山顶上，宇宙膨胀持续存在并滚入山谷，

宇宙膨胀结束并导致热大爆炸的地方。

如果那个山谷的值不是零，而是正值，

非零值，可能是量子隧道降低能量的状态，这将产生严重的后果

对于我们今天所知的宇宙。

但现在，事情变得越来越有趣了。宇宙膨胀，就像我们所知道的所有领域一样，本质上必须是一个量子领域。这意味着它的许多属性不是完全确定的，而是具有概率分布。

允许通过的时间越多，分布扩展的量就越大。我们实际上不是将一个点形球滚下山，而是将一个量子概率的波函数滚下山。

同时，宇宙正在膨胀，这意味着它在所有三个维度上都呈指数膨胀。如果我们将一个 1×1×1 的立方体称为“我们的宇宙”，那么我们可以看到这个立方体在膨胀过程中膨胀。

如果该立方体的大小翻倍需要很短的时间，那么它就会变成一个 2×2×2 立方体，需要填充 8 个原始立方体。

允许相同的时间过去，它变成一个 4 x 4 x 4 的立方体，需要 64 个原始立方体来填充。

让那个时间再次过去，它是一个 8 x 8 x 8 的立方体，体积为 512。

仅在大约 100 次“倍增”之后，我们将拥有一个包含大约 10 90 个原始立方体的宇宙。

如果膨胀是一个量子场，

那么该值会随着时间的推移而分散，

具有不同的空间占用区域

值的不同实现。

在许多地区，该领域的价值

将在谷底结束，

结束宇宙膨胀，但在更多方面，

宇宙膨胀将任意持续

在遥远的未来。

现在，假设我们有一个膨胀的量子球滚下山谷的区域。膨胀到此结束，能量场变成物质和辐射，我们称之为热大爆炸的事情发生了。

该区域的形状可能不规则，但需要足够的膨胀来重现我们在宇宙中看到的观测成功。那么问题就变成了在那个区域之外会发生什么？

无论膨胀发生在哪里（蓝色立方体），

产生指数级更多的空间区域

随着时间的推移每一步。

即使有很多立方体膨胀结束（红色 X），

还有更多地区

未来膨胀还会继续。

这永远不会结束的事实，以及

是什么让宇宙膨胀一旦开始就“永恒”，

以及我们现代多元宇宙概念的来源。

这是问题所在：

如果它需要获得足够的膨胀，以便我们的宇宙能够以我们看到的特性存在，那么膨胀将在膨胀结束的区域之外继续存在。

如果你问，

“这些区域的相对大小是多少”，

...您会发现，如果您希望膨胀结束的区域足够大以与观察结果一致，那么膨胀未结束的区域会呈指数级增长，并且随着时间的推移，差异会变

即使膨胀结束的区域有无数个，它持续存在的区域也将无限多。

此外，它结束的各个区域，发生热大爆炸的地方，将因果断开，被更多的空间隔开，永远膨胀。

多重独立宇宙的图解，

有因果关系的

在不断扩大的宇宙海洋中，

它是多元宇宙思想的代表。

出现的不同宇宙

可以有不同的属性

也许不是，但我们不知道

如何以任何方式检验多元宇宙假设。

这就是多元宇宙的本质，以及为什么科学家们接受它的存在作为默认值......

对于热大爆炸，有很多证据，而且大爆炸始于一系列没有事实解释的条件。

如果我们为它添加一个解释，即宇宙膨胀，那么稳定下来并引发大爆炸的膨胀时空就会做出自己的一套新颖的预测。

其中许多预测已通过观察得到证实，但其他预测也因宇宙膨胀而出现。

其中之一是无数宇宙的存在，不连贯的区域，每个都有自己的热大爆炸，当你把它们放在一起时，它们构成了我们所知道的多元宇宙。

这并不意味着不同的宇宙有不同的规则或定律或基本常数，或者你可以想象的每一个可能的量子结果都发生在多元宇宙的其他地方。

这甚至不意味着多元宇宙是真实的，因为这是我们无法验证、验证或伪造的预测。

但是，如果膨胀理论是好的，而且数据表明它是好的，那么多元宇宙几乎是不可避免的。你可能不喜欢它，你可能真的不喜欢一些物理学家滥用这个想法，但除非有更好、可行的替代方案来说明宇宙膨胀，多元宇宙就在这里。至少现在是这样。