今天，当我们向外看宇宙时，它同时告诉我们两个关于它自身的故事。

其中一个故事写在今天宇宙的面貌上，包括我们拥有的恒星和星系，它们是如何聚集在一起的，它们是如何运动的，以及它们是由什么成分组成的。

这是一个相对简单的故事，我们通过观察我们所看到的宇宙就知道了这一点。

但另一个故事是宇宙是如何变成今天的样子的，这是一个需要更多工作才能揭开的故事。

当然，我们可以在很远的距离观察物体，这告诉我们宇宙在遥远的过去是什么样子的：今天到达的光线第一次发射的时候。

但我们需要把这一点与我们的宇宙理论--宇宙大爆炸框架内的物理定律--结合起来，来解释过去发生的事情。

当我们这样做的时候，我们看到了非同寻常的证据，表明我们的热大爆炸是在前一个阶段之前建立起来的：宇宙膨胀。

但是，为了让膨胀给我们带来一个与我们观察到的宇宙一致的宇宙，有一个令人不安的附属品随之而来：多元宇宙。

这就是为什么物理学家压倒性地宣称多元宇宙一定存在的原因。

膨胀宇宙的“葡萄干面包”模型，即相对距离随着空间(面团)的扩张而增加。

任何两个葡萄干之间的距离越远，在接收光线时观测到的红移就越大。

宇宙膨胀所预测的红移-距离关系在观测中得到了证实，并且与早在20世纪20年代就已知的情况一致。

回到20世纪20年代，证据变得压倒性地表明，不仅天空中丰富的螺旋线和椭圆形实际上是整个星系的整体，而且这样的星系被确定得越远，其光被系统地转移到更长波长的量就越大。

虽然最初提出了各种各样的解释，但它们都随着更丰富的证据而消失，直到只剩下一种：宇宙本身正在经历宇宙膨胀，就像一条发酵的葡萄干面包，在那里，像星系(例如葡萄干)这样的被束缚的物体被嵌入到一个膨胀的宇宙(例如面团)中。

如果今天宇宙在膨胀，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，宇宙一定更小、更密集、更均匀、更热。

只要任何数量的物质和辐射都是这个不断膨胀的宇宙的一部分，大爆炸的想法就会产生三个明确而普遍的预测：

一个大规模的宇宙网，随着时间的推移，星系会更加丰富地增长、演化和聚集，

黑体辐射的低能背景，是在炎热的早期宇宙中第一次形成中性原子时遗留下来的。

以及特定比例的最轻元素-氢、氦、锂及其各种同位素-即使在从未形成恒星的地区也存在。

这段来自结构形成模拟的片段，随着宇宙的扩展而扩大，代表了一个暗物质丰富的宇宙中数十亿年的引力增长。

请注意，在暗物质的交汇处形成的细丝和富集团主要是由暗物质引起的，正常物质只起到很小的作用。

所有这三个预测都得到了观测的证实，这就是为什么大爆炸作为我们关于宇宙起源的主导理论占据主导地位的原因，也是为什么它的所有其他竞争对手都已经落后的原因。

然而，大爆炸只描述了我们的宇宙在非常早期的阶段是什么样子；它没有解释为什么它会有这些属性。

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是什么，你就可以非常准确地预测-在你的计算能力和系统固有的不确定性的限制下-它将如何任意演变到未来。

但是，大爆炸开始时需要具备哪些初始条件才能给我们带来我们所拥有的宇宙呢？

这有点令人惊讶，但我们发现的是：

必须有一个明显低于普朗克标准的最高温度(至少约为1000倍)，而普朗克标准正是物理定律失效的地方。

宇宙诞生时的密度波动在所有尺度上都大致相同，

膨胀率和总的物质和能量密度必须达到几乎完美的平衡：至少达到~30个有效位数，

它一定是在相同的初始条件下出生的--相同的温度、密度和波动频谱--在所有位置，即使是因果分离的地方，

它的熵一定比现在低了很多，低了万亿倍。

如果这三个不同的空间区域从来没有时间相互加热、共享信息或传输信号，那么为什么它们的温度都是一样的呢？

这是宇宙大爆炸初始条件的问题之一；除非它们以某种方式开始，否则这些区域怎么可能都获得相同的温度呢？

每当我们遇到初始条件的问题，我们只有两个选择。

我们可以呼吁不可知的事情，说这样做是因为这是唯一可能的方式，我们不能知道更多，或者我们可以试着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。

第二条途径就是物理学家所说的“诉诸动力学”，我们试图设计出一种能做三件重要事情的机制。

它必须复制它试图取代的模型产生的每一个成功，在这个例子中就是热的大爆炸。

这些早期的基石必须全部来自我们提出的任何机制。

它必须解释大爆炸不能解释的东西：宇宙开始时的初始条件。

这些仅在宇宙大爆炸中仍未解释的问题必须用出现的任何新想法来解释。

它必须做出与原始理论预测不同的新预测，这些预测必须导致某种程度上可观察、可测试或可测量的结果。

我们唯一符合这三个标准的想法是宇宙膨胀理论，它在这三个方面都取得了前所未有的成功。

在膨胀期间发生的指数扩张之所以如此强大，是因为它是无情的。

每经过约10^-35秒(大约)，空间中任何特定区域的体积在每个方向上都会翻倍，导致任何粒子或辐射稀释，并导致任何曲率迅速变得无法与平坦区分开来。

膨胀基本上是说，在宇宙变热、致密、到处充满物质和辐射之前，它处于一种由空间本身固有的非常大量的能量主导的状态：某种场或真空能量。

只是，与今天的暗能量不同，暗能量的能量密度非常小(大约相当于每立方米空间一个质子)，而膨胀期间的能量密度是巨大的：大约是今天暗能量的1025倍！

宇宙在膨胀过程中膨胀的方式与我们所熟悉的不同。

在一个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，因此密度下降。

由于能量密度与膨胀率有关，膨胀会随着时间的推移而减慢。

但是如果能量是空间本身固有的，那么能量密度保持不变，膨胀率也是不变的。

结果就是我们所知的指数膨胀，在非常小的一段时间后，宇宙的大小翻了一番，在那段时间再次过去之后，它又翻了一番，以此类推。

在很短的时间内，最初比最小的亚原子粒子还小的区域可能会被拉长，变得比今天整个可见宇宙更大。

在顶部的面板中，我们的现代宇宙在任何地方都有相同的属性(包括温度)，因为它们起源于一个拥有相同属性的区域。

在中间的面板中，原本可以有任意曲率的空间被膨胀到今天我们看不到任何曲率的程度，解决了平坦度问题。

在底板中，先前存在的高能遗迹被充气带走，为高能遗迹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。

在膨胀过程中，宇宙会被拉伸到巨大的尺寸。

这在这个过程中完成了大量的事情，其中包括：

拉伸可见宇宙，不管它的初始曲率是什么，都无法与平面区分，

取开始膨胀的区域中存在的任何初始条件，并将它们延伸到整个可见宇宙，

创造微小的量子波动并将其延伸到整个宇宙，这样它们在所有距离尺度上几乎是相同的，但在更小的尺度上略小一些(当膨胀即将结束时)，

将所有的“膨胀”场能转化为物质和辐射，但最高温度只能远低于普朗克尺度(但与膨胀能量尺度相当)，

形成了密度和温度波动的频谱，这些波动存在于比宇宙视界更大的尺先河系统度上，而且到处都是绝热的(恒熵的)和不是等温的(恒温的)。

这再现了非暴涨热大爆炸的成功，为解释大爆炸的初始条件提供了一种机制，并做出了一系列不同于非暴涨开始的新奇预测。

从20世纪90年代到现在，通胀情景的预测与观测结果一致，与非通胀的炎热大爆炸截然不同。

在膨胀期间发生的量子波动在整个宇宙中延伸，当膨胀结束时，它们就变成了密度波动。

随着时间的推移，这导致了今天宇宙中的大尺度结构，以及在CMB中观察到的温度波动。

这是一个壮观的例子，说明了现实的量子本质是如何影响整个大规模宇宙的。

问题是，为了重现我们所看到的宇宙，必须有最低限度的通货膨胀，这意味着通货膨胀必须满足一定的条件才能成功。

我们可以把通货膨胀建模为一座山，只要你停留在山顶，你就会膨胀，但一旦你滚下山下的山谷，通货膨胀就会结束，它的能量就会转化为物质和辐射。

如果你这样做，你会发现有一些“山形”，或者物理学家所说的“势”，可以起作用，也有一些不起作用。让它起作用的关键是山顶需要足够平坦的形状。

简单地说，如果你把通胀领域想象成山顶上的一个球，它需要在通胀持续的大部分时间里缓慢滚动，只有进入山谷时才会加速并快速滚动，从而结束通胀。

我们已经量化了通胀需要以多慢的速度滚动，这告诉了我们一些关于这一潜力的形状。

只要顶部足够平坦，通货膨胀就可以作为我们宇宙开始时的一种可行的解决方案。

最简单的通胀模型是，我们从一座众所周知的山顶开始，那里的通胀持续存在，然后滚动到一个山谷，在那里通胀结束，导致了炙手可热的大爆炸。

如果这个谷值不是零，而是某个正的、非零值，就有可能通过量子隧道进入更低能量的状态，这将对我们今天所知的宇宙造成严重后果。

但现在，事情变得有趣起来了。

膨胀，就像我们所知道的所有领域一样，本质上必须是量子场。

这意味着它的许多属性并不是完全确定的，而是有一个概率分布。

您允许通过的时间越长，分发分布的数量就越大。

我们实际上是在把量子概率波函数从山上滚下来，而不是把一个点状的球滚下来。

与此同时，宇宙正在膨胀，这意味着它在所有三个维度都呈指数级膨胀。

如果我们把一个1乘1乘1的立方体叫做“我们的宇宙”，那么我们就可以看到这个立方体在膨胀的过程中膨胀。

如果该立方体的大小翻倍需要很少的时间，那么它就会变成一个2x2x2的立方体，这需要8个原始立方体来填充。

让同样的时间过去，它就会变成一个4x4x4的立方体，需要64个原始立方体才能填满。

让时间再次流逝，它是一个8x8x8的立方体，体积是512。

在大约100次“加倍”之后，我们将拥有一个大约1090个原始立方体的宇宙。

如果膨胀是一个量子场，那么场值就会随着时间的推移而扩散，不同的空间区域会对场值采取不同的实现方式。

在许多地区，土地价值将最终落到谷底，结束通胀，但在更多地区，通胀将继续，任性地持续到未来。

到现在为止还好。

现在，让我们假设我们有一个区域，在那里，膨胀的量子球滚落到山谷中。

膨胀在那里结束，场能被转化为物质和辐射，然后发生了我们所知的热大爆炸。

这一区域的形状可能不规则，但需要发生足够的膨胀，才能重现我们在宇宙中看到的观测成功。

那么，问题就变成了该地区以外会发生什么？

无论哪里发生通货膨胀(蓝色立方体)，随着时间的每前进一步，它就会产生指数级的更多空间区域。

即使在通货膨胀结束的地方有很多立方体(红色X)，也有更多的地区通货膨胀将持续到未来。

事实是，这永远不会结束，这就是通货膨胀一旦开始就变得“永恒”的原因，也是我们现代多元宇宙概念的由来。

问题是：如果你强制要求你得到足够的通货膨胀，让我们的宇宙能够以我们看到的属性存在，那么在通货膨胀结束的区域之外，通货膨胀将会继续。

如果你问“这些地区的相对大小是多少”，你会发现，如果你希望通胀结束的地区足够大，以便与观测结果一致，那么通胀不结束的地区就会成倍扩大，而且随着时间的推移，差距会变得更大。

即使通胀结束的地区有无限多，持续通胀的地区也会有更大的无穷大。

此外，它结束的各个区域--发生热大爆炸的区域--都会因因果关系而分离，被更多的膨胀空间隔开。

简而言之，如果每个热的大爆炸都发生在一个“泡泡”宇宙中，那么泡泡就不会发生碰撞。

随着时间的推移，我们得到的是越来越多的不相连的气泡，所有这些气泡都被一个永远膨胀的空间隔开。

在不断扩张的宇宙海洋中，多个独立的宇宙因果关系相互分离，这是对多元宇宙思想的一种描述。

产生的不同宇宙可能彼此有不同的性质，也可能没有，但我们不知道如何以任何方式检验多元宇宙假说。

这就是多元宇宙是什么，也是为什么科学家接受它的存在作为默认立场的原因。

我们有压倒性的证据证明热的大爆炸，而且大爆炸是由一系列条件开始的，而这些条件并没有事实上的解释。

如果我们给它加上一个解释--宇宙膨胀--那么建立并引发大爆炸的膨胀时空就做出了一系列新奇的预测。

这些预测中的许多都得到了观察的证实，但也有一些预测是作为通胀的后果而出现的。

其中之一是存在着无数的宇宙，存在着不相连的区域，每个区域都有自己的热大爆炸，当你把它们放在一起的时候，它们就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、定律或基本常数，或者你能想象到的所有可能的量子结果都发生在多元宇宙的其他口袋里。

这甚至不意味着多元宇宙是真实的，因为这是一个我们无法验证、确认或证伪的预测。

但是，如果通胀理论是好的，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，但在出现更好、更可行的通胀替代方案之前，多元宇宙在很大程度上会继续存在。

现在，至少你明白为什么了。