據國外媒體報道，多重宇宙是物理學中最令人震驚、最像科幻小說的概念之一，但它其實真的可以描述宇宙的實際情況。在多重宇宙的設想中，我們所在的宇宙只是眾多宇宙中的一個，這些宇宙相互獨立、同時存在。雖然尚無有力的證據證明多重宇宙存在與否，但給我們提供了一個廣闊的探索空間，因為對多重宇宙的預測是深深立足於確定存在的理論物理現象中的。
假設在發生宇宙大爆炸之前，先發生了一次宇宙暴脹，那麼從本質上來說，宇宙中的所有粒子和場都具有量子特性。這樣一來，多重宇宙的存在幾乎就是不可避免的了。這為物理學開啟了無窮的可能性，也許平行宇宙不僅存在，而且還存在無限個。這樣一來，甚至可能存在與我們完全相同的平行宇宙。假設多重宇宙真的存在的話，可能會發生什麼事情呢？
暴脹期間印刻在可觀測宇宙中的初始波動水平約為 0.003%， 但正是這些微小的缺陷之處造成了宇宙微波背景中的溫度與密度波動，並埋下了如今宇宙結構的種子。如果沒有宇宙暴脹，這些初始條件就無法解釋。
追求多重宇宙的動機
要想理解物理學家為何認為多重宇宙應該存在，首先要弄清我們在宇宙中觀察到的幾點事實。首先，我們能到達的宇宙是有時間邊界的。我們能觀測到的宇宙是在 138 億年前的宇宙大爆炸中誕生的，當時的宇宙極為熾熱、稠密，四處充滿了物質和輻射，並且一直在不斷擴張和冷卻。我們在空間中回望得越遠，在時間上也回溯得越久，一直延伸到宇宙大爆炸的邊界：時間上來說是 138 億年前，空間上來說則是 461 億光年之外。
當球滾入谷底，暴脹就會終止（上圖）。但暴脹場具有量子特性（中圖），會隨着時間不斷擴張。在許多區域內的暴脹停止時（紫色、紅色和藍綠色），還有許多空間內的暴脹仍在持續，並且有可能永遠持續下去（下圖）。
然而，我們無法隨隨便便地回到時間的早期，因為假如當時的宇宙超過了一定溫度和密度，就會產生一些與我們的觀測不符的特性。但假如在宇宙大爆炸之前，宇宙就已經經歷了一段時間的暴脹、做好了一定的準備，情況就與觀測結果一致得多了。
暴脹拉長了宇宙的曲率，使宇宙的形狀變得接近於平面。在暴脹過程中，所有可能導致問題的高能殘留物都同樣發生了膨脹。通過這一過程，宇宙各處的能量密度都變得相同。只有一些在暴脹期間發生的量子波動，疊加在這個均衡的能量背景之上。
隨着暴脹持續進行，一系列宇宙會接連誕生，每個都與其它宇宙完全分離，並且隨着之間的空間進一步膨脹，距離會變得越來越遠。
這樣一來，在宇宙暴脹臨近結束時，宇宙大爆炸便具備了所有產生如今可觀測宇宙的必需特性。
我們一般會將宇宙膨脹想象成一個簡單的場。這個場的特定性質會對場所在的空間造成影響。只要場維持膨脹狀態，並且空間擁有巨大的能量，空間就會無休無止地、成指數地繼續擴張下去，因此每過一個時間段，任意兩點之間的距離就會翻上一番。
只要場維持這種膨脹狀態，宇宙暴脹就會持續下去，不斷對空間進行延伸，使其中的所有物質不斷稀釋，直到場發生衰變，宇宙暴脹也到此結束。隨着能量被轉化為物質和輻射，宇宙會變得越來越熾熱，標誌着宇宙大爆炸的開始。
多重宇宙中存在多個平行宇宙的示意圖。
但我們知道，無論是哪個場驅動了宇宙暴脹，從本質上來說都很可能具有量子性。這就意味着，隨着宇宙暴脹持續進行下去，這個場有可能會“滾下懸崖”，導致暴脹終止；也可能不會發生這種情況，暴脹得以持續下去；甚至還有可能“滾”向錯誤的方向，使我們離暴脹的結束越來越遠。還有一點很反直覺——由於暴脹中的宇宙會不斷創造新的空間，上述這些情況可能會在宇宙的不同區域同時發生。
這就造成了一種很有趣的情況。只要過去曾發生過宇宙暴脹（而從我們的觀測結果來看，有大量證據顯示宇宙暴脹的確發生過），就說明存在多重宇宙。過程如下：
宇宙暴脹發生，宇宙被不斷拉長，產生新的空間；在部分區域，場會“滾下懸崖”，使暴脹終止，導致這些區域發生大爆炸，形成我們所謂的“宇宙”；這些宇宙之間的空間還在繼續暴脹，製造出更多的空間……如此不斷持續下去。
從中很容易看出，如果想讓宇宙暴脹發展到足夠的程度、使宇宙大爆炸得以具備我們觀察到的這些特性，就必定會產生多重宇宙。新的宇宙一直在不斷誕生，這些宇宙之間相互獨立、毫無關聯，並且由於它們之間的空間一直在不斷膨脹，新的宇宙不斷出現，新的大爆炸不斷發生，這些宇宙的距離會越來越遠。只要這部分理論是正確的——我們掌握的證據也的確說明它是正確的——目前最先進的科學研究就已經預測了多重宇宙的存在。
在暴脹期間形成的量子波動會隨着宇宙不斷向外拉伸。當暴脹終止時，這些量子波動就變成了密度波動，並逐漸演變成了如今宇宙中觀察到的大尺度結構、以及在宇宙微波背景中觀察到的溫度波動。這些波動是一種隨機過程，意味着假如宇宙總數量有限且過小，就不可能存在兩個完全相同的宇宙。
這些宇宙之間相互關聯嗎？
從這裡開始，我們就要進入推測的領域了。我們知道，宇宙暴脹發生時所處的能量尺度遠必定遠低於普朗克能量尺度，否則我們就會在宇宙中觀測到一些本不存在的信號了。但我們還缺失一些關鍵信息，比如我們不知道宇宙暴脹是何時開始的，甚至不知道它有沒有一個起始點。暴脹也許是宇宙的默認狀態，會永遠持續下去，直到我們所處的這一區域的暴脹停止，我們的宇宙才得以誕生。
圖為將平行宇宙的概念應用於“薛定諤的貓”的示意圖。雖然平行宇宙的設想非常有趣、引人入勝，但如果沒有無限大的空間來容納所有可能性，僅憑暴脹也無法創造出足夠多的宇宙，將宇宙演化 138 億年以來的所有可能性都包含在內。
我們也不知道，多重宇宙中的各個宇宙之間是否存在任何相互糾纏的特性。我們不清楚這些宇宙是否都遵循相同的物理法則和基本常數，也不了解在宇宙暴脹過程中、或即將發生大爆炸前的最後過渡期間，是否形成了某種主宰這些法則和常數的機制。此外，我們也絲毫不知該如何對這些結果的概率進行量化。宇宙學家將其叫做“測度問題”。按照我們的預測，這些宇宙是存在的，但我們不知道有多少個這樣的宇宙，也不清楚它們之間是否有關聯、或者以何種方式相關聯，亦不了解它們與我們所在的宇宙之間有什麼相似之處或不同點。
然而，根據我們在宇宙中的測量結果、以及基於已知粒子和場的量子特性的計算結果，不同宇宙中的物理法則和常數雖然是相同的，但特定的初始條件卻應當有所不同。
在我們的可觀測宇宙中，粒子數量有限，粒子之間發生相互作用的時間有限，可能產生的結果也有限。如果存在無限個像我們這樣的宇宙，那麼至少一個宇宙中將包含所有的可能結果組合。
這意味着什麼？
這意味着，每個宇宙的整體特性應該是相同的，因為所有宇宙都由同一個暴脹場發源而來。因此每個宇宙誕生時的平均能量密度、法則、勻稱性、守恆法則、標準模型、廣義相對論規則、以及其它多種特性都應當是相同的。最大的區別不過是在這個統一的背景上疊加的量子波動。正是這個僅佔三萬分之一的小小缺陷，為我們的宇宙結構提供了孕育的“種子”。這種缺陷是隨機發生的，並且橫跨所有尺度，最終可能產生的結果有無數種，而我們所在的宇宙應該只是其中之一。
只要這些宇宙的數量足夠多，最終應該總能產生一個與我們的初始特性完全相同的宇宙。要知道，我們宇宙中的一切東西都是有限的，粒子數量有限，能量總量有限，量子發生相互作用的時間有限，可能產生的結果數量也有限。這些數字雖然都極為龐大，但並不是無窮無盡的。
但在暴脹過程中誕生的宇宙數量就是另外一回事了。如果暴脹已經進行了一段有限的時間，宇宙的數量就會隨着時間的流逝發生指數級增長，但這個數字終究是有限的；而如果暴脹已經持續了一段無限的時間，宇宙的數量就必定是無限的，有些宇宙必定已經將所有可能性都經歷了一遍。
如果最終演化成我們宇宙的“泡泡”在早期曾與其它宇宙相撞，一定會留下“傷痕”。但我們在觀測中並未找到相關證據，說明暴脹過程中，不同的宇宙之間並不會發生互動。
相互隔絕？還是有所互動？
如果暴脹已經發生的時間是有限的，我們就可以斷定，根據宇宙數量增長的規律、以及單個宇宙中可能發生的結果數量隨着時間增加的規律，在多重宇宙中並不存在與我們完全相同的平行宇宙。當我們用多重世界說解讀量子力學時，假如宇宙的數量有限，是不足以容納所有可能結果的，必須要有無窮多的宇宙才行。暴脹的時間必須無限長，才有可能形成與我們一模一樣的平行宇宙。
但如果暴脹的時間達到了無限長，完全相同的平行宇宙就不是有可能存在、而是一定存在了。一個有限的數字即使再龐大，即使一直朝着無限的方向增加，只要時間有限，就永遠都不可能真正達到無限。
因此，可能發生的結果數量就算再多，只要存在無限個平行宇宙，就必定包含所有這些可能性。
然而，即使多重宇宙中的確存在這樣的平行宇宙，即使平行宇宙的數量無限，你也不能為所欲為。例如，你無法在不同宇宙之間轉移任何東西。儘管每個宇宙都由同一小塊空間發源而來，但你無法在它們之間傳遞信息；這些宇宙之間不再具有任何因果聯繫。
圖為對多重宇宙的想象。在這片不斷膨脹的宇宙汪洋中，存在着多個相互獨立的宇宙，彼此之間毫無因果聯繫。在暴脹期間，一旦某處暴脹終止，就會發生宇宙大爆炸。在我們的宇宙中，大爆炸發生於 138 億年前。但暴脹是否有一個開始時間？如果有的話，究竟是如何開始的？這兩個問題我們目前還無法回答。
換句話說，一個宇宙中發生的事情無法對另一個宇宙造成影響。假如在暴脹期間，任意兩個宇宙發生了相撞、合併、或以其它方式發生了相互作用，我們都知道如何對結果進行量化；而我們可以很肯定地說，目前並無證據證明我們的宇宙中發生過這樣的事件。
許多人也許都曾想過，在另一個世界里，自己犯下的所有過錯、做過的所有錯誤決定、以及給自己及他人帶來的後果，也許都會完全不同。在另一個空間中的另一個時間點，也許另一個你在一個關鍵的岔路口做了一個更正確的決定，結果因此過上了更好的人生。對多重宇宙、特別是與我們完全相同的平行宇宙的想象，彷彿給了我們一種希冀：我們過往的決定並不像我們目前認為的那樣，一旦做出便無法改變。
但這並不是科學想傳達的意思。即使宇宙暴脹已經持續了一段無限長的時間，其它宇宙中發生的任何事情也都與我們的宇宙毫不相干。我們的過去早已確定、不可更改，其它宇宙中發生的事情決不可能改寫我們的過去，也不可能為我們提供一個不同的結果。多重宇宙或許無法避免，平行宇宙也許真的存在，但不會以任何可以測量或觀測的形式對我們產生影響。一旦超出科學的能力之外，我們就只能憑藉猜測了。在掌握更多證據之前，我們還不能得出任何確定性結論。