我们的宇宙会不会与另一个宇宙发生碰撞，从而揭示出多元宇宙？

无论我们在宇宙中眺望多远，总会有更多的“宇宙”可以看到。即使在可见光的极限范围内——四面八方460亿光年，考虑到大爆炸以来经过的时间有限，宇宙膨胀，光速有限——也没有任何证据表明我们想象的种种怪异。宇宙没有边缘，没有偏离大规模均匀性，没有首选方向的证据，也没有重复模式的证据。即便如此，重要的是让我们的思想对所有不排除的可能性保持开放。毕竟，“没有证据并不意味着没有证据”。

一个更奇妙的可能性是，我们的宇宙只是存在的众多宇宙中的一个，所有这些宇宙都嵌入了一个更大的多元宇宙。如果是这样的话，我们的宇宙会不会与另一个宇宙碰撞，可能会在我们自己身上留下印记？

如果我们想知道这些宇宙是否会发生碰撞，我们必须回到它背后的理论：宇宙膨胀。让我们看看上面怎么说。

回到热大爆炸的早期，宇宙是：

密度惊人，甚至超过中子星核心的密度，令人难以置信的高温，能量达到了欧洲核子研究中心大型强子对撞机的万亿倍，异常均匀，密度过高和密度过低的区域与平均密度相差仅约0.003%，充满了粒子和反粒子，所有这些粒子都是如此充满能量，它们以光速无法区分的速度运动，而且膨胀得异常迅速。

我们还知道，膨胀率与宇宙中存在的所有各种形式的物质和能量的总和之间存在非常重要的关系：如果它们之间达到完美平衡，则宇宙可以膨胀而不会重新塌陷或膨胀为空洞。 如果他们不这样做，宇宙将几乎立即重新坍塌或“清空”。 我们知道，从大爆炸后 138 亿年的角度来看，这种早期的平衡与完美无异。

宇宙膨胀是解释这种情况如何发生的第一个想法——大爆炸的附加因素。膨胀的假设是，总能量密度和膨胀率如此完美地平衡的原因是，大爆炸并不是一切的开始，而是在被称为膨胀的阶段之前：那里没有物质、反物质或辐射，但宇宙的膨胀是由空间本身固有的能量形式决定的。

这将创建一个有趣的场景。你看，当你的宇宙充满了类似物质的东西时，存在着固定数量的粒子：当体积增大时，粒子的密度降低。因此，当能量密度降低时，膨胀率也降低：两者必须平衡。同样地，在辐射下，密度也会下降，但下降得更快；辐射不仅由固定数量的粒子组成，而且这些粒子中的每一个都表现为波，这意味着随着宇宙的膨胀，辐射的波长会延长，导致膨胀率比物质填充宇宙的情况更迅速地减小。

但是对于空间固有的能量，能量密度保持不变。即使宇宙膨胀，空间仍然是空间。由于能量密度平衡了膨胀率，如果你被空间本身固有的能量所支配，膨胀率不会改变。

假设这种早期的、空间状态固有的能量是非常有说服力的。如果你的宇宙正在膨胀，就好像存在着空间固有的能量，膨胀率不会随时间而改变，这意味着膨胀将是指数级的。

指数是指：

假设你有一个点离你有一段距离，你允许一定的时间过去，直到那个点的距离加倍，如果你再让这段时间过去，距离会加倍，所以是原来距离的四倍，如果这个时间间隔再次过去，这个距离又增加了一倍，是原来距离的八倍，如果经过10到100倍的时间间隔，这个距离就变成原来距离的2^10到2^100倍，

使一个以这种方式膨胀的宇宙被拉平，清空所有先前存在的物质和辐射，并使它在任何地方都具有相同的性质，因为现在占据我们可观测宇宙的一切都是从膨胀空间的这个曾经很小的区域出现的。

正是膨胀的指数性质使它能够先于大爆炸，并建立大爆炸；如果取而代之的是物质或辐射，宇宙的膨胀率会随着密度的稀释而下降，如下图所示。

上图：该图按比例显示，如果您的宇宙由物质、辐射或空间本身固有的能量主导，则时空如何以相等的时间增量演化/膨胀，后者对应于膨胀的空间固有能量- 主宰宇宙。 请注意，在暴胀中，经过的每个时间间隔都会导致宇宙在所有维度上都比其先前的大小翻倍。

当然，我们有充分的理由相信，膨胀的发生并不能解释这些无法解释的谜团。一个是膨胀的宇宙，假设膨胀是一个量子场，就像宇宙中其他场一样经历量子涨落，这些量子涨落会在膨胀的宇宙中延伸。当膨胀结束时，空间固有的能量被“倾倒”到粒子中：物质、反物质、辐射等，一系列可观察到的后果随之而来。它们包括：

密度涨落的几乎完全尺度不变的谱，其中最大尺度上的涨落幅度略大于较小尺度上的涨落幅度的百分之几，其中，这些涨落是100%绝热的（具有恒定熵）和0%绝热的（具有恒定空间曲率），在比宇宙视界更大的尺度上存在波动的地方，在宇宙大爆炸的早期阶段，有一个观测到的最高温度上限，这个上限明显低于普朗克能量标度。

所有这些预测都得到了证实，而膨胀的结束对应着大爆炸的开始。我们的宇宙起源现在已经被推回到大爆炸之前，这种膨胀状态。

图注：在顶部图中，我们的现代宇宙在任何地方都具有相同的属性（包括温度），因为它们起源于具有相同属性的区域。在中间的图中，可能有任意曲率的空间被膨胀到我们今天无法观察到任何曲率的程度，从而解决了平坦度问题。在底部图中，预先存在的高能遗物被膨胀掉，为高能遗物问题提供了解决方案。这就是通货膨胀如何解决大爆炸本身无法解释的三大难题。

当然，这也会带来其他后果：这些后果可能不像我们能够测试和测量的这些现象那么容易观察到。事实上，膨胀预测的一些东西可能永远无法观察到，因为有一个事实非常重要，值得强调：

膨胀，由于指数膨胀的性质，永远从我们的宇宙中抹去任何在膨胀本身的最后一小部分秒之前产生的信号。

只有在膨胀的最后一刻，一小块空间会：

波动时膨胀，从指数级膨胀并充满空间固有的能量到像物质、反物质和辐射充满的宇宙那样膨胀的转变，导致了一个至少有一个足球大小的区域的热大爆炸，这是热大爆炸开始时我们宇宙的最小尺寸，

我们可以观察到的。在那次事件之前发生的任何事情，或者在足球大小的区域之外发生的任何事情，都无法被观察到。

那么，根据膨胀理论，到底发生了什么？

想象膨胀最简单的方法之一是想象你在一个非常平坦的山上有一个球，随着时间的推移，球从山上滚下来，在一边或另一边，进入下面等待的山谷。只是，这个球不是一个经典的球-在山上有一个明确的，明确的位置——这是一个量子球，它的概率分布是随时间扩展的。

现在，这里有一个大多数人都不认识的膨胀的关键部分：山必须有一套特定的属性，这样球滚动得足够慢，给我们足够的膨胀，从而产生我们所看到的宇宙。这就对山丘可能具有的允许形状施加了重要而有意义的限制，尤其是，这一事实是正确的：山丘需要足够平坦，以使球滚动缓慢。

然而，这使得量子场决定了球的位置，你必须比较“球的滚动速度平均有多快”和“由于量子效应，球在山上可能的位置上的速度有多快？”

这是有趣的，重要的教训：在几乎所有的膨胀模型中，当球滚动的速度慢到足以使“足够”的膨胀与我们的宇宙相一致时，“量子扩散”发生的比滚动的速度要快，特别是当你在山的平坦部分时。

这意味着，在膨胀期间，你会得到一些区域，这些区域的磁场“扩散”到更靠近山谷的地方，一旦你进入山谷，膨胀就结束了。

但你也会看到膨胀在那时还没有结束的地区，并向山上平坦的部分蔓延，在那里膨胀还会持续一段时间。事实上，计算出这一点的数学结果非常有力地表明：

是的，在膨胀期间，总会有一些地区“球”滚进山谷，在那里，膨胀结束，我们得到了一个热的大爆炸，但在那些“膨胀结束”地区周围的地区，通胀仍在继续，在这些区域中，空间呈指数级膨胀，而不是在你得到一个热的大爆炸的区域中以快速下降的速度膨胀。

这是非常非常重要的，因为这正是产生多元宇宙的原因：宇宙膨胀影响下的空间特性。

在膨胀期间，膨胀是无情的：任何地方的空间都以同样快速、恒定的速度膨胀。你可以想象这个空间就像一片水的海洋，海洋正在膨胀：随着时间的推移，越来越多的水出现了。

然后你可以想象膨胀在某些区域结束，这些区域就像形成和生长的小气泡，类似于一壶沸水从微小气泡开始成核和生长。

但与沸水中不同的是，海水的“膨胀”特性将这些气泡分开；它们会成长，但它们之间不断膨胀的海洋会相对更快地成长，从而确保任何两个单独的气泡都不会发生碰撞。

这就是宇宙膨胀的标准图景，以及它是如何和为什么产生多元宇宙的。事实上，一旦膨胀开始，在任何两个膨胀结束的地方之间，总会有一个地区继续膨胀；从这个意义上说，膨胀是永恒的。然而，我们只能观察我们存在于其中的宇宙，那就是138亿年前发生热大爆炸的地方。毫无疑问，没有证据表明在早期宇宙中发生过气泡碰撞，因为这样一个事件所留下的印记已经不见踪影了。

我们要传达的信息是：为了得到足够的膨胀来解释我们所观察到的宇宙，负责膨胀的场必须具有某些属性。如果它有这些性质，我们不仅可以解释没有膨胀的大爆炸所能解释的一切，我们还可以解释大爆炸本身所不能解释的一切，再加上做出新的预测，这些预测后来得到了检验和证实。

然而，还有另一个现实中无法避免的后果，那就是：多元宇宙，在多元宇宙中，许多独立的宇宙被创造出来，它们从不相互作用、重叠或碰撞。当然，我们没有证据证明多元宇宙存在；唯一可以观察到的结果是我们宇宙中的“瘀伤”，这与我们所看到的不一致。在他们最初的提议提出近40年后，一切仍然符合最简单的膨胀模型。