觀察銀河系外遙遠的宇宙，讓我們認識到我們的宇宙正在膨脹和冷卻，星系之間的距離也越來越遠。這個觀測結(jié)果對我們來說意味著什么？如果宇宙正在膨脹和冷卻，那么這意味著在過去的時刻它應該更加緊密和炙熱。

這時我們就會想是什么導致了宇宙的膨脹，宇宙已經(jīng)膨脹了多大，換句話說我們宇宙的膨脹速率是多少？根據(jù)廣義相對論，宇宙的膨脹率是由主導宇宙的能量類型決定的。

在我們宇宙歷史的大部分時間里，盡管宇宙充滿了星系、恒星、行星以及我們所發(fā)現(xiàn)的所有物體，但宇宙的大部分時間都是由正常物質(zhì)和輻射能量主導的。(這里不包括暗能量主導，暗能量這對早期的宇宙沒有任何影響。)

當宇宙由物質(zhì)主導時，它的膨脹方式是：

我們注意到膨脹速率H，隨著時間的推移而減小。這意味著過去的宇宙更熱、密度更大、膨脹速度更快。如果宇宙在過去更熱，這意味著宇宙中的輻射波長更小能量更高!

所以如果我們追溯到足夠遠的時期，那時的宇宙更熱，密度更大，在某一時刻它會熱到無法形成中性原子!如果我們繼續(xù)往回推，輻射的能量密度最終會超過物質(zhì)的能量密度。這將導致宇宙以不同的方式膨脹!那么以輻射為主導的宇宙是如何膨脹的?

輻射為主導膨脹與物質(zhì)的膨脹相似，因為在數(shù)學的計算結(jié)果只有一點不同。但是我們不能回到任意高溫，或者回到奇點;宇宙微波背景告訴我們，過去宇宙的溫度是有極限的。

那么，在我們所知的“大爆炸”的最初階段發(fā)生了什么?在我們這個炙熱、稠密、充滿物質(zhì)和輻射的宇宙出現(xiàn)之前是什么?

據(jù)我們現(xiàn)在所知，宇宙曾出現(xiàn)過一段暴脹時期。宇宙的暴脹把空間的褶皺拉平，使宇宙空間在任何地方都具有均勻平坦的性質(zhì)，從而建立了今天我們所觀察到的宇宙初始條件。

這時宇宙由真空能量主導，而不是由物質(zhì)或輻射能量主導。當宇宙被真空能量所掌控時，它的膨脹過程將看起來非常不同。讓我們來看一看……

注意這時宇宙的膨脹率不會隨著時間的推移而下降！這意味著宇宙的膨脹是呈指數(shù)暴增的，在很短的時間內(nèi)，它不僅可以膨脹到我們?nèi)祟愃芾斫獾姆秶?，還可以膨脹到到比整個可見宇宙大幾倍的范圍！

現(xiàn)在，你可能想知道我們無法觀測的宇宙有多大?？梢赃@么說，宇宙中超過460億光年的部分，我們根本看不見星體發(fā)出的光。

那么是什么決定了宇宙暴脹的程度呢？讓我們來看看暴脹的標準模型。

這里的y軸代表能量。也是空間固有的真空能量。很明顯，現(xiàn)在我們太空中的真空能量非常小:比我們想象的宇宙暴脹時期要少28個數(shù)量級!

如果我們想讓宇宙膨脹的足夠大，以解釋我們今天所觀察到的平坦和大致均勻的宇宙，那么宇宙就需要在足夠長的時間內(nèi)保持暴脹狀態(tài)。上圖中，意味著我們需要從這條曲線的平坦部分開始。

只要沿著這條曲線慢慢的滑動，我們就會得到足夠時間的暴脹來產(chǎn)生我們現(xiàn)在觀測到的宇宙（主要性質(zhì)：平坦和均勻）。

最終能量曲線會進入谷底，這時，真空能量被轉(zhuǎn)化為物質(zhì)和輻射。這個過程發(fā)生在138億年前。導致宇宙暴脹的本質(zhì)很可能是量子場或量子漲落。

如果真空能量是一個量子粒子，那么它的波函數(shù)會隨著時間擴散，自由地占據(jù)任意的疊加狀態(tài)。這如何應用于上面的暴脹理論呢?當我們讓它隨著時間擴散，我們會得到什么?

上圖我們得到這個量子場的一部分，如果它滾動得夠慢，量子場實際上會從它開始的地方向后擴散，直到其他區(qū)域繼續(xù)開始膨脹的狀態(tài)！還記得我們上面展示的經(jīng)典暴漲圖嗎?

在這幅圖中，暴脹發(fā)生了一段時間，然后在所有地方同時結(jié)束。

但是如果我們允許暴脹狀態(tài)成為一個量子場，我們必須計算它的擴散的速度，暴脹的速度，它滾下山的速度。如果它滾動的速度太快，或者膨脹的速度太慢，它就沒有足夠的時間在宇宙的足夠區(qū)域內(nèi)擴散。但是如果它滾動得足夠慢，膨脹得足夠快，擴散得足夠快，會發(fā)生什么呢？

我們將從最初暴脹區(qū)域開始，用藍色表示膨脹區(qū)域。如果曲線接近谷底的地方，暴脹就會結(jié)束，我們可以用紅色的x來標記它。但是如果時空區(qū)域繼續(xù)暴脹，我們會讓時空區(qū)域保持藍色，由于量子場的擴散會導致更多的空間暴脹。（下圖）

雖然單個區(qū)域的暴脹將在任何給定的時間結(jié)束，但足夠多的量子場決定了它的行為將會經(jīng)歷量子“擴散”，讓整個空間回到穩(wěn)定的指數(shù)膨脹狀態(tài)，因此膨脹將持續(xù)一段時間。

換句話說，宇宙中有一些區(qū)域曾經(jīng)暴脹過，那些假真空能量變成了輻射和物質(zhì)，而宇宙的這些部分和我們自己區(qū)域有著非常相似的歷史。但是在這些區(qū)域之間，還有其他的部分繼續(xù)膨脹。

這就是為什么存在多元宇宙，而不僅僅存在我們的宇宙!

現(xiàn)在，我們再說一個保守的估計。在這個故事的版本中，多元宇宙的所有不同區(qū)域的基本常數(shù)是相同的，而其他宇宙和我們自己的宇宙有著相同的物理定律，具有相同的量子真空。

以上的觀點——多重虛假真空、多元宇宙、與量子引力的聯(lián)系等等——是近年來人們依據(jù)弦理論的推測得到的。但是這些觀點被大多數(shù)科學家所認可。