我們的宇宙產生乙個類似地球的世界的可能性有多大？
在宇宙的任何地方，我們都可以看到許多相似的物體，但每個物體都是獨一無二的。 在我們所知道的所有星系、恆星和行星中，沒有兩個是完全相同的，但每個星系都有自己獨特的歷史、性質和組成。 然而，乙個令人信服的想法是，如果有足夠的宇宙來工作，最終宇宙中的粒子將以這樣一種方式組織自己，即相同的可能性——無論可能性多麼小——將在不同的時間發生多次。 也許，考慮到無限宇宙的概念，我們能想象到的每個系統都可能有無限數量的副本，包括我們每個人生活的地球。
正是這個想法，在某個地方，可能是我們每個人的無限數量的副本，產生了我們現代的多元宇宙概念。 我們可能有不同的版本，乙個小小的決定、結果，甚至乙個量子測量都可能導致截然不同的結果。 雖然許多人嘲笑多元宇宙根本不科學的想法——畢竟，除了我們有限的可觀測宇宙之外，沒有辦法看到、測試或獲取關於宇宙任何部分的資訊——但事實是，多元宇宙的存在植根於科學本身。 事實上，如果只有兩件事是真的：
正如我們所認為的那樣，在偉大的**之前和奠定的宇宙膨脹發生了，而暴脹，就像宇宙中的所有其他領域一樣，本質上是乙個量子領域，遵循其他量子理論所遵循的所有量子規則，然後作為這些想法的必然結果，多元宇宙出現了。 這就是為什麼物理學家（儘管少數人反對）壓倒性地聲稱多元宇宙必須存在。
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故事從發現宇宙膨脹開始。 早在二十世紀二十年代，大量證據表明，不僅天空中大量的螺旋星系和橢圓星系實際上是整個星系，而且這樣的星系離得越遠，它發出的光就越系統地轉移到更長的波長。 雖然最初提出了各種解釋，但它們都被更豐富的證據所拋棄，直到只剩下一種：宇宙本身正在經歷宇宙膨脹，就像一塊發酵的葡萄乾麵包，其中像星系（如葡萄乾）這樣的結合物體嵌入到膨脹的宇宙中（如麵糰）。
如果今天的宇宙正在膨脹，並且其中的輻射正朝著更長的波長和更低的能量方向移動，那麼這意味著過去的宇宙一定更小、更密集、更均勻、更熱。 只要任何數量的物質和輻射都是這個膨脹的宇宙的一部分，大**的概念就會產生三個清晰而普遍的**：
乙個巨大的星系宇宙網路，隨著時間的推移而增長、演化和聚集;
熾熱的早期宇宙中第一次形成中性原子時遺留下來的低能背景黑體輻射;
最輕的元素——氫、氦、鋰及其各種同位素——甚至存在於恆星尚未形成的區域，並具有特定的比例。
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這三個預言都得到了觀測的證實，這就是為什麼巨集大**理論佔據了我們宇宙起源的主要理論，而所有其他競爭理論都被淘汰了。 然而，大**理論只描述了我們的宇宙在早期階段的樣子; 它沒有解釋為什麼宇宙具有我們觀察到的特定屬性。 在物理學中，如果你知道乙個系統的初始條件是什麼，它遵循的規則是什麼，你就可以非常準確地**——在你的計算能力和系統固有的不確定性的限制範圍內——它將如何任意地演變到未來。
因此，我們可以提出乙個重要的問題：大**在開始時需要什麼初始條件才能給我們提供我們現在觀察到的宇宙？ 答案有點令人驚訝，但我們發現：
必須有乙個明顯（至少約1000倍）的最高溫度，在蒲朗克標度下，已知的物理定律無法實現;
在宇宙之初，密度在所有尺度上的波動大致相同（小宇宙尺度上的波動比大宇宙尺度上的波動小幾個百分點）;
物質和能量的膨脹率和總密度必須處於近乎完美的平衡狀態：在大**開始的那一刻，至少達到了30個有效數字，並且相同的初始條件——相同的溫度、密度和波譜——必須存在於所有位置，甚至在兩個位置之間，光速的訊號不可能在它們之間通過它們之間的距離。大**之後的時間流逝;
宇宙的總熵一定比今天低得多，低了數萬億倍。
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每當我們面臨初始條件的問題時——基本上，為什麼我們的系統以它必然開始的方式開始——我們只有兩種選擇。 我們可以求助於不可知論者，說事物就是這樣，因為這是唯一可能的方式（例如，Lady Gaga的解釋，說它只是“生而為人”），我們無法進一步理解任何事情。 然而，我們也可以嘗試一種科學的方法：我們可以嘗試找到一種機制來建立和創造我們知道我們需要的條件。 第二種方式是物理學家所說的“訴諸動力學”，我們設計的機制必須做三件重要的事情。
它必須複製它試圖取代的模型——在這種情況下是熱門的大**——它會產生每一次成功。 這些早期的構建塊必須來自我們提出的任何機制。
它必須解釋大**無法解釋的關鍵觀察事實：宇宙起源的初始條件。 這些問題，那些不能用大**理論來解釋的問題，必須用任何新的想法來解釋。
它必須使一些新的東西與原始的（大）理論不同，並且這些必須以某種方式導致可觀察、可測試或可測量的結果。
我們唯一滿足這三個標準的理論是宇宙膨脹理論，它在這三個領域都取得了前所未有的成功。
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暴脹理論的基本思想是，在宇宙熾熱、緻密、充滿物質和輻射之前，它處於一種由空間本身固有的巨大能量主導的狀態：某種場或真空能量。 然而，與今天的暗能量不同，暗能量的能量密度非常小（相當於每立方公尺空間約乙個質子），膨脹期間的能量密度是巨大的：大約是今天暗能量的1025倍。 根據愛因斯坦的廣義相對論，決定膨脹速率的是能量密度，這意味著在暴脹期間，膨脹率不僅大得令人難以置信，而且是不可阻擋的：隨著空間的不斷膨脹，膨脹率仍然巨大。
這與我們今天所知道的宇宙非常不同。 在乙個充滿物質和輻射的膨脹宇宙中，體積增加，而粒子數量保持不變，因此密度降低。 由於能量密度與膨脹率有關，因此宇宙的膨脹率會隨著時間的推移而減慢。
但是，如果能量密度的形式是空間本身固有的，那麼能量密度將隨著時間的推移保持不變，膨脹率將保持不變。 結果就是我們所說的指數膨脹，在很短的時間內，宇宙的大小翻了一番，在那之後，它又翻了一番，依此類推。 在極短的時間內（幾分之一秒），最初小於最小亞原子粒子的區域可以被拉伸到比今天整個可見宇宙還大。
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在暴脹期間，宇宙——無論它在暴脹開始時的性質如何——都被拉伸到乙個巨大的尺度。 這在此過程中完成了大量工作，包括：
拉伸可觀測宇宙，無論其初始曲率如何，都使其與平坦的宇宙無法區分;
取開始膨脹的區域中存在的任何初始條件，並將它們拉伸，使它們現在在整個可見宇宙中是均勻的;
取暴脹之前存在於該區域的任何量子，並迅速將它們彼此移開，達到任意低密度;
產生微小的量子漲落並將它們延伸到整個宇宙中，因此它們在所有距離尺度上幾乎相同，但在較小的尺度上（當膨脹即將結束時）;
將所有“暴脹”場能轉化為物質和輻射，但只允許物質和輻射達到遠低於蒲朗克標度（但與暴脹能標度相當）的最高溫度;
密度和溫度波動的光譜被創造出來，它存在於比宇宙視界大得多的尺度上，並且是絕熱的（恆定熵）而不是等溫的（恆定溫度）。
這最終滿足了我們需要考慮用新理論取代舊理論的所有三個條件。 暴脹再現了非暴脹熱超**的成功，提供了解釋大**初始條件的機制，使一系列新的**不同於非暴脹的開始。 從 20 世紀 90 年代到今天，通貨膨脹情景與觀測結果一致，與非通貨膨脹熱最大值不同。
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基於我們今天觀察宇宙所具有的特性，為了重現我們所看到的，過去必須發生最小的膨脹。 這進一步表明，為了成功，暴漲必須滿足某些條件：那些產生我們剛才提到的**和事後**的條件。 也許最簡單和最容易理解的模型是把它想象成一座小山，只要你在山頂上，你就會膨脹，但一旦你滾到下面的山谷，膨脹就會結束，並將能量轉化為物質和輻射。
如果你這樣做了，你會發現你的山丘有一定的形狀，或者物理學家所說的“潛力”，可以在這些其他人根本沒有的領域取得成功。 獲得所需膨脹量的關鍵與山頂有關：它需要在足夠大的區域內保持足夠平坦的形狀。 簡單地說，如果你把膨脹場想象成山頂上的乙個球，它需要在膨脹持續的大部分時間裡緩慢滾動，只有當它進入山谷時才會加快速度並快速滾動，這就是導致膨脹結束的原因。 作為科學家，我們已經量化了擴張需要多慢，這使我們能夠了解這種潛力所需的形狀。 只要頂部足夠平坦，暴脹就可以作為宇宙起源的可行解決方案。
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那麼，多元宇宙的概念在什麼方面發揮了作用呢？ 這與我們不能太認真地對待球和山的類比的乙個方面有關：事實上，這是乙個純粹的經典觀點。 宇宙，至少在我們的理解中，不是純粹的經典，而是量子性質的。 這意味著，就其本質而言，暴脹，就像我們所知道的所有場一樣，也應該是乙個量子場。 場的量子性質告訴我們，它的許多性質不能精確確定，而是具有概率分布。 而且，像所有瞬態量子系統一樣，經過的時間越長，概率分布的傳播就越大。
換句話說，通貨膨脹不是把乙個尖刺的球滾下山坡。 相反，真正滾下山坡的是量子概率波函式，它可以取各種允許值。
但是當球沿著山坡滾動時，宇宙正在經歷宇宙膨脹，這意味著它在所有三個維度上都呈指數級膨脹。 如果我們取乙個 1 1 1 的立方體並稱它為“我們的宇宙”，那麼我們可以看到這個立方體在膨脹過程中膨脹。 如果這個立方體的大小需要很短的時間才能翻倍，那麼它就變成了乙個 2 2 2 的立方體，需要 8 個原始立方體來填充。 讓相同的時間流逝，它變成了乙個 4 4 4 的立方體，需要 64 個原始立方體才能填充。 讓這個時間再來一次，它是 8 8 8 的立方體，體積是 512。 經過大約100次“加倍”，我們將擁有乙個擁有大約1090個原始立方體的宇宙，或者乙個體積膨脹了大約1090倍的宇宙。
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這就是問題所在。 如果暴脹是乙個量子場，並且量子場會隨著時間的推移而擴散，那麼當山頂上的“量子球”沿著山的平坦部分慢慢滾動時會發生什麼？
答案是，向谷末傳播的波函式部分更有可能滾入谷本身。 在這些地區，暴脹可能很快就會結束，場能將轉化為物質和輻射，我們所知道的熱能**將隨之而來。 邊界上這個區域的形狀可能是不規則的，但某些區域似乎描述了我們可以看到和進入的可觀測宇宙的一部分。 只要有足夠的暴脹來重現我們在宇宙中看到的觀測成功，這似乎是對我們自己的宇宙歷史的乙個很好的描述。
但是靠近山頂的波函式部分呢？ 那裡的通貨膨脹持續時間更長，我們可以認為這些地區不在通貨膨脹迅速結束的地區。 就這些領域而言，這意味著什麼：
飛盤結束了，大**也隨之而來;
與那些通貨膨脹持續存在、有增無減甚至在其他地方結束的國家相比？
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當你計算出在熱門大**發生之前獲得足夠擴張的數學公式時，這就是科學告訴我們多元宇宙幾乎是不可避免的。 我們必須要求宇宙經歷足夠的膨脹，以便我們的宇宙能夠以我們觀察到的特性存在。 我們也知道，在通貨膨脹結束的地區之外，通貨膨脹的持續時間肯定更長。
現在我們要問乙個大問題，“這些區域的相對大小是多少？ “如果我們比較以下地區：
通貨膨脹在某個點結束;
對於通貨膨脹在此之後仍未結束的地區;
我們發現，與擴張結束的地方和熱量大的地方相比，繼續擴張的後乙個區域呈指數級增長（並且仍在隨著時間的推移而增長）。 此外，隨著時間的推移，這種規模上的差距繼續惡化。 即使有無限數量的區域，激增結束，也會有更多無限的區域繼續繁榮。 此外，宇宙盡頭的各個區域——熱熱爆炸發生的地方——將因果關係斷開，進一步被更廣闊的空間區域隔開。
簡單地說，如果每乙個炙手可熱的大**都發生在乙個“泡沫”宇宙中，那麼這些泡沫就永遠不會碰撞。 隨著時間的流逝，我們最終得到的是越來越多的不相連的氣泡，被乙個不斷膨脹的空間隔開。
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這就是多元宇宙，也是為什麼科學家接受它作為預設宇宙的原因。 我們有壓倒性的證據表明，大**是熱的，而大**始於一系列沒有事實解釋的條件。 如果我們給它加上乙個解釋——宇宙的膨脹——那麼形成並導致大**的膨脹時空將形成自己的新奇集合**。 其中許多是通過觀察得到證實的，但其他不可觀測的由於通貨膨脹而仍然存在。
其中之一是，有無數的宇宙由互不相連的區域組成，每個區域都有自己的熱大**，當你把它們加在一起時，它們就構成了我們所知道的多元宇宙。 這並不一定意味著不同的宇宙有不同的規則、定律或基本常數，或者你能想象到的所有可能的量子結果都發生在多元宇宙的其他地方。 它甚至不一定意味著多元宇宙在物理上是真實的，因為它是乙個我們無法驗證、驗證或偽造的**。 但如果那是如果：
通貨膨脹理論是乙個很好的理論，資料證明了這一點;
我們的宇宙本質上是量子的，所有證據表明它是量子的;
那麼宇宙是不可避免的。 你可能不喜歡它，你可能真的不喜歡一些物理學家濫用它的想法，但直到乙個更好、可行的替代繁榮出現——直到這個替代繁榮清除了同樣的三個理論障礙——多元宇宙將繼續存在。