由「平行宇宙」組成的多元宇宙的想法是一個流行的科幻比喻，最近在奧斯卡獲獎電影「無處不在」中進行了探索。然而，這在科學可能性的範圍內。
重要的是要從一開始就聲明，多元宇宙的存在（或不存在）是我們目前對物理學基本定律的理解的結果——它不是來自閱讀太多科幻書籍的異想天開的物理學家的頭腦。
多元宇宙有不同的版本。第一個也許是最受歡迎的版本來自量子力學，它控制著原子和粒子的世界。它表明粒子可以同時處於許多可能的狀態 - 直到我們測量系統並選擇一個。根據一種解釋，我們沒有測量的所有量子可能性都在其他宇宙中實現。
永恆的通貨膨脹
第二個版本，宇宙多元宇宙，是宇宙膨脹的結果。為了解釋今天的宇宙在任何地方看起來都大致相似的事實，物理學家艾倫·古斯（Alan Guth）在1981年提出，早期宇宙經歷了一段加速膨脹的時期。在這段暴脹時期，空間被拉伸，使得任何兩點之間的距離被推開的速度都超過了光速。
暴脹理論還預測了原始種子的存在，這些種子生長成恆星和星系等宇宙結構。這是在2003年通過觀察宇宙微波背景中的微小溫度波動而得意洋洋地發現的，這是大爆炸留下的光。隨後，通過空間實驗WMAP和普朗克精確地測量了它。
由於這一顯著的成功，宇宙暴脹現在被大多數宇宙學家認為是早期宇宙的事實理論。
但是宇宙暴脹有一個（也許是無意的）後果。在暴脹期間，空間在非常大的尺度上被拉伸和平滑 - 通常比可觀測的宇宙大得多。然而，宇宙暴脹必須在某個時候結束，否則我們的宇宙將無法進化到今天的樣子。
但物理學家很快意識到，如果暴脹真的是真的，那麼時空的某些區域將繼續膨脹，即使其他區域的暴脹結束了。繼續膨脹的區域可以被認為是一個獨立的膨脹宇宙。這個過程無限期地持續下去，膨脹的宇宙產生更多的膨脹宇宙，創造了一個宇宙的多元宇宙。
這種現象被稱為「永恆的通貨膨脹」。物理學家保羅·斯坦哈特（Paul Steinhardt）和亞歷克斯·維倫金（Alex Vilenkin）於1983年首次描述了永恆暴脹，直到21世紀初，永恆暴脹仍然是宇宙暴脹的一個奇怪產物，當時它與弦理論的一個想法相結合，產生了一個有爭議但令人信服的解釋，為什麼我們的物理定律是今天的樣子。
弦理論尚未得到證實，但它目前是我們萬物理論的最大希望——將量子力學和引力結合起來。然而，物理現實的弦理論必須具有十個或更多的維度（而不是我們正常的三個空間維度加上時間）。因此，要描述我們現在的宇宙，這些維度中的六個或更多必須被「壓縮」——以一種我們看不到它們的方式蜷縮起來。
這方面的數學過程是已知的。這個過程的問題（有些人可能會說是功能）是至少有 10500實現這種緊湊化的方法——以及這種令人難以置信的巨大可能性集被稱為「字符串景觀」。每次緻密化都會產生一組不同的物理定律，可能對應於不同的宇宙。這就引出了兩個關鍵問題：我們在弦樂景觀中處於什麼位置，為什麼？
永恆暴脹為第一個問題提供了一個優雅的答案：多元宇宙的每個膨脹宇宙都實現了弦景觀中的不同點，因此所有可能的物理定律都可以存在於多元宇宙的某個地方。但是，為什麼我們的宇宙在產生像我們這樣的智能生命方面如此偉大呢？嗯，從統計學上講，有些宇宙應該像我們的宇宙一樣——我們生活在我們的物理定律是我們觀察到的宇宙中。
然而，這種觀點極具爭議性 - 許多人認為這不是一個科學論點，它引發了深入的調查。
多元宇宙的明顯挑戰是它的可觀測性。假設它確實存在，那麼是否有可能觀察到其他宇宙，即使是在原則上？對於量子多元宇宙來說，答案是否定的——不同的宇宙不會交流。但在暴脹多元宇宙中，答案是「是的，如果我們幸運的話」。
由於不同的宇宙占據相同的物理空間，相鄰的宇宙原則上可以相互碰撞，可能會在我們可觀測的宇宙中留下遺物和印記。由倫敦大學學院的Hiranya Peiris和Perimeter研究所的Matthew Johnson領導的一項研究合作表明，這種碰撞確實應該在宇宙微波背景（大爆炸留下的光）上留下可以搜索的印記 - 儘管到目前為止，這些特徵還沒有被發現。
下一個挑戰是理論上的。一些理論家認為，弦景觀中的大多數宇宙實際上在數學上是不一致的——無法以我們的宇宙方式存在。相反，它們存在於解決方案的沼澤中 - 特別是允許宇宙暴脹的弦理論解決方案似乎很難找到。
弦理論家和宇宙學家對弦理論是否可以描述暴脹存在深刻的分歧，即使在原則上也是如此。這個難題既令人煩惱又令人興奮——它表明這兩種觀點中的一個是錯誤的，其中任何一個都將導致理論物理學的革命。
最後，宇宙暴脹的前提現在正受到挑戰。宇宙暴脹存在的理由是，無論早期宇宙看起來如何，暴脹都會動態地將宇宙推向我們今天看到的平滑宇宙。然而，從來沒有人嚴格研究過宇宙暴脹是否真的可以首先開始。
這是因為描述過程開始的方程太複雜，無法解析求解。但是這個問題現在正被世界各地的幾個研究小組嚴格測試，包括我在倫敦國王學院的研究所，現代高性能計算的力量被用於解決這些以前難以解決的方程。所以注意這個空間。