多重宇宙存在的理由，我们的宇宙也许并非唯一？

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(来源: 宇宙探索 )

观察银河系外遥远的宇宙，让我们认识到我们的宇宙正在膨胀和冷却，星系之间的距离也越来越远。这个观测结果对我们来说意味着什么？如果宇宙正在膨胀和冷却，那么这意味着在过去的时刻它应该更加紧密和炙热。

这时我们就会想是什么导致了宇宙的膨胀，宇宙已经膨胀了多大，换句话说我们宇宙的膨胀速率是多少？根据广义相对论，宇宙的膨胀率是由主导宇宙的能量类型决定的。

在我们宇宙历史的大部分时间里，尽管宇宙充满了星系、恒星、行星以及我们所发现的所有物体，但宇宙的大部分时间都是由正常物质和辐射能量主导的。(这里不包括暗能量主导，暗能量这对早期的宇宙没有任何影响。)

当宇宙由物质主导时，它的膨胀方式是：

我们注意到膨胀速率H，随着时间的推移而减小。这意味着过去的宇宙更热、密度更大、膨胀速度更快。如果宇宙在过去更热，这意味着宇宙中的辐射波长更小能量更高!

所以如果我们追溯到足够远的时期，那时的宇宙更热，密度更大，在某一时刻它会热到无法形成中性原子!如果我们继续往回推，辐射的能量密度最终会超过物质的能量密度。这将导致宇宙以不同的方式膨胀!那么以辐射为主导的宇宙是如何膨胀的?

辐射为主导膨胀与物质的膨胀相似，因为在数学的计算结果只有一点不同。但是我们不能回到任意高温，或者回到奇点;宇宙微波背景告诉我们，过去宇宙的温度是有极限的。

那么，在我们所知的“大爆炸”的最初阶段发生了什么?在我们这个炙热、稠密、充满物质和辐射的宇宙出现之前是什么?

据我们现在所知，宇宙曾出现过一段暴胀时期。宇宙的暴胀把空间的褶皱拉平，使宇宙空间在任何地方都具有均匀平坦的性质，从而建立了今天我们所观察到的宇宙初始条件。

这时宇宙由真空能量主导，而不是由物质或辐射能量主导。当宇宙被真空能量所掌控时，它的膨胀过程将看起来非常不同。让我们来看一看……

注意这时宇宙的膨胀率不会随着时间的推移而下降！这意味着宇宙的膨胀是呈指数暴增的，在很短的时间内，它不仅可以膨胀到我们人类所能理解的范围之外，还可以膨胀到到比整个可见宇宙大几倍的范围！

现在，你可能想知道我们无法观测的宇宙有多大。可以这么说，宇宙中超过460亿光年的部分，我们根本看不见星体发出的光。

那么是什么决定了宇宙暴胀的程度呢？让我们来看看暴胀的标准模型。

这里的y轴代表能量。也是空间固有的真空能量。很明显，现在我们太空中的真空能量非常小:比我们想象的宇宙暴胀时期要少28个数量级!

如果我们想让宇宙膨胀的足够大，以解释我们今天所观察到的平坦和大致均匀的宇宙，那么宇宙就需要在足够长的时间内保持暴胀状态。上图中，意味着我们需要从这条曲线的平坦部分开始。

只要沿着这条曲线慢慢的滑动，我们就会得到足够时间的暴胀来产生我们现在观测到的宇宙（主要性质：平坦和均匀）。

最终能量曲线会进入谷底，这时，真空能量被转化为物质和辐射。这个过程发生在138亿年前。导致宇宙暴胀的本质很可能是量子场或量子涨落。

如果真空能量是一个量子粒子，那么它的波函数会随着时间扩散，自由地占据任意的叠加状态。这如何应用于上面的暴胀理论呢?当我们让它随着时间扩散，我们会得到什么?

上图我们得到这个量子场的一部分，如果它滚动得够慢，量子场实际上会从它开始的地方向后扩散，直到其他区域继续开始膨胀的状态！还记得我们上面展示的经典暴涨图吗?

在这幅图中，暴胀发生了一段时间，然后在所有地方同时结束。

但是如果我们允许暴胀状态成为一个量子场，我们必须计算它的扩散的速度，暴胀的速度，它滚下山的速度。如果它滚动的速度太快，或者膨胀的速度太慢，它就没有足够的时间在宇宙的足够区域内扩散。但是如果它滚动得足够慢，膨胀得足够快，扩散得足够快，会发生什么呢？

我们将从最初暴胀区域开始，用蓝色表示膨胀区域。如果曲线接近谷底的地方，暴胀就会结束，我们可以用红色的x来标记它。但是如果时空区域继续暴胀，我们会让时空区域保持蓝色，由于量子场的扩散会导致更多的空间暴胀。（下图）

虽然单个区域的暴胀将在任何给定的时间结束，但足够多的量子场决定了它的行为将会经历量子“扩散”，让整个空间回到稳定的指数膨胀状态，因此膨胀将持续一段时间。

换句话说，宇宙中有一些区域曾经暴胀过，那些假真空能量变成了辐射和物质，而宇宙的这些部分和我们自己区域有着非常相似的历史。但是在这些区域之间，还有其他的部分继续膨胀。

这就是为什么存在多元宇宙，而不仅仅存在我们的宇宙!

现在，我们再说一个保守的估计。在这个故事的版本中，多元宇宙的所有不同区域的基本常数是相同的，而其他宇宙和我们自己的宇宙有着相同的物理定律，具有相同的量子真空。

以上的观点——多重虚假真空、多元宇宙、与量子引力的联系等等——是近年来人们依据弦理论的推测得到的。但是这些观点被大多数科学家所认可。

本文选自：今日头条

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人外有人
天外有天
宇宙多重
无际无边
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