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平行宇宙是一個被很多人使用的詞，但並不是每個人說這個詞的時候意思都是一樣的。讀者克裡斯·奧爾森寫信來，特別詢問了兩個不同的意思：永恆的量子力學和永恆的膨脹之間有什麼聯繫？如果存在的話，又是以什麼方式聯繫的。我們能區分它們各自所暗示的平行宇宙嗎？
對於人們所說的「平行宇宙」(Multiverse)與「宇宙」(Universe)相對立的含義，有很多不同的可能性，所以讓我們來分析一下，從最不保守的(新假設最少的)開始，然後繼續討論越來越多的推測性。
1）我們無法觀測到的宇宙。當我們說到「宇宙」時，我們通常指的是我們可以觀測到的宇宙。由於宇宙中我們知道和認識的宇宙始於一個事件我們知道熱大爆炸,——大約138億年前,一個熱的、稠密的、充滿物質和輻射的宇宙在它自己的重力作用下出現，並開始膨脹、冷卻和坍縮成塊。我們所能看到的東西基本上是有限的。信號可能就在那一刻出現，以光速毫無阻礙地穿過不斷膨脹的宇宙，然而，信號可能經過的距離是有限的。在我們的宇宙中有常規物質，暗物質，暗能量，中微子，輻射和我們所知道的一切，這相當於461億光年的距離，以我們為中心。
圖片來源:維基共享用戶弗雷德裡克·米歇爾和阿茲科爾文429，由我標註。
但是，我們沒有理由相信宇宙的空間不夠大。我們所知道的不可觀測的宇宙還沒有足夠的時間到達我們這裡。隨著時間的推移，越來越多的宇宙將在我們的有利位置呈現給我們，甚至包括暗能量。但是還有多少呢?根據我們所能觀測到的空間曲率，與我們所能觀測到的相比，存在的東西在所有維度上至少是我們所能觀測到的東西的250倍，這意味著宇宙的體積是我們所能觀測到的空間的(250^3)或超過1500萬倍。它甚至可能是無限的，儘管我們不確定。然而，這只是平行宇宙最保守的版本:更多像我們這樣的東西。但也有可能…
圖片來源:博克等人(2006,astro-ph/0604101)；E. Siegel修改。
2）在膨脹結束的地方有不同的宇宙「口袋」。大爆炸可能是我們所知的「我們的」宇宙的開端，但不可能(也不準確)向後推斷出一個任意熱的、稠密的狀態。相反，我們知道(從宇宙微波背景)宇宙在大爆炸時達到的最高溫度不超過10^3 K。目前看來這是一個很大的數字，但是它的高溫熱還未到達到普朗克尺度，一個奇點，或者導致我們所知道的物理定律失效。它告訴我們的一件事是，在大爆炸之前，還有別的東西，與我們所認為的宇宙膨脹的初始條件相一致。膨脹只是宇宙大爆炸之前的一段時間，是大爆炸創造了宇宙。
被拉伸的平面，在膨脹結束之前產生的所有殘餘粒子都是空的，到處都有相同的溫度和能量密度，包含了一個均勻的波動譜。膨脹就像一個滾下山的球，只是它是一個量子球，所以它會(或不會)滾下山的每個位置都有概率。
圖片來源:E. Siegel。當一個球滾進山谷時，宇宙膨脹就結束了。但膨脹領域是一個量子領域(中間)，隨著時間的推移而擴散。雖然空間的許多區域(紫色、紅色和青色)將看到通脹結束，但更多區域(綠色、藍色)將看到通脹持續，可能是永恆的(底部)
在膨脹停留在山頂而不是下降的地方，膨脹繼續，創造了越來越多(膨脹)的空間。當它滾下山坡的時候，膨脹就結束了，產生了熱的大爆炸。雖然膨脹在大約138億年前就結束了，但期望它在所有地方都結束是不合理的。相反，空間的某些區域將永遠繼續膨脹。只要空間膨脹的速度大於口袋膨脹結束的速率 (在所有模型中均如此),同時會有無數的「大爆炸」彼此分離,同時，膨脹也會在一些地區持續，在這些地區，膨脹不會永遠持續下去。
圖片來源:E. Siegel。即使在任何給定的時間內，任何一個區域的膨脹率可能會超過50%(用紅色的X表示)，但仍有足夠多的區域會持續擴張，以至於膨脹率會持續一段時間，沒有兩個宇宙會發生碰撞。
上面紅色的X表示通貨膨脹結束的區域(就像我們的)，但是有無數個地方膨脹結束。這是一個更大的「平行宇宙」，比第一個版本的「比我們能看到的更多的宇宙」還要大。這也是克裡斯提到的平行宇宙的第一個:永恆的膨脹。
3）在平行宇宙不同部分的另一個版本你。在我們可觀測的宇宙中大約有10^90的粒子(包括光子和中微子)，它們都經歷了與許多其他粒子的相互作用和碰撞。他們有自己的位置和時刻，他們有自己獨特的歷史，其中大約有10^28個結合在一起，現在，造就了我們每一個人。如果我們計算膨脹期間宇宙膨脹的預期速率，設想在我宇宙的整個歷史(138億年)中大部分空間一直以這個速率膨脹，我們就可以計算出有多少個可能存在的宇宙與我們的宇宙相似。
我們可觀測宇宙的歷史。圖片來源:歐洲航天局和普朗克合作，E. Siegel修改正確性。
這是一個很大的數字！實際上，我們討論的至少是10^10^50個宇宙，它們的初始條件可能和我們的宇宙非常相似。這是10 ^ 100000000000000000000000000000000000000000000000000宇宙,這可能是你能想到的最大的數字之一。然而，有一些更大的數字描述了粒子相互作用的可能結果；記住，如果你想要得到一個完全相同的你，你需要整個宇宙的歷史以完全相同的方式展開，直到你決定了其中的一種方式。
接受那份工作，買那棟房子，親吻你喜歡的人，或者任何其他你做過(或沒有做過)的決定。
我們的宇宙有很多粒子:大約10的90次方。每次兩個粒子相互作用，不僅會產生一種可能的結果，而是會產生一個完整的量子譜。儘管情況很糟糕，但還有比(10^90)更多的方法!宇宙中粒子的可能結果，這個數字比微不足道的10^10^50大很多倍。換句話說，在任何宇宙中，粒子相互作用的可能結果的數量趨向於無窮大，由於膨脹，可能宇宙的數量增加得更快。你需要在大爆炸之前一直持續的膨脹才有可能實現，這違反了Borde-Guth-Vilenkin奇點定理，該定理表明膨脹不可能像過去那樣完全。換句話說，這似乎不太可能。
量子力學的一種解釋(德布羅伊-玻姆)中的量子軌跡。公共領域的圖像從維基共享用戶Opasson修改由Krzysztof Zajczkowski。
4）你在不同的口袋宇宙的糾纏版本。這就涉及到Chris問題的第二部分:關於Everettian量子力學的部分。假設選項3是正確的，而且在平行宇宙的其他口袋裡還有其他版本的你，他們會糾纏在一起嗎？量子物理學是開放的解釋，這意味著有許多不同的方法(或看待它的方式)給出相同的答案。例如，量子系統要麼具有隨時間擴散的波函數，在相互作用發生時瞬間崩潰，要麼具有在我們沿著這條路走下去時從中選擇一個可能結果的集合。休·埃弗雷特(Hugh Everett)的解釋——量子力學的多重世界解釋——認為，平行宇宙的數量是無限的，無論何時做出決定，我們都會沿著其中的一些路徑走下去，而不是其他。所以，在那些宇宙中，你做了(也沒做)那份工作，買了(也沒買)那棟房子，在關鍵時刻吻了(也沒吻)你的愛人，等等。
圖片來源:維基共享用戶Christian Schirm。
即使真的有無數的宇宙存在，也沒有辦法在它們之間製造明顯的糾纏，儘管這並不能阻止人們的猜測。這是另一種不可測試的可能性，需要一些非常不尋常的假設。然而，如果我們願意，我們可以進一步深入平行宇宙的兔子洞。
5)。不同的宇宙有不同的物理定律。這是一個更具投機性的假設:當膨脹結束時，會有多種方式來結束它，從而產生了與我們目前居住的宇宙不同的物理定律和/或的基本常數。這將是一個平行宇宙，其中一些區域會重新坍縮，另一些區域會迅速膨脹，以至於沒有恆星或星系會形成；有些沒有暗物質，有些則全是暗物質；有些宇宙常數更大或更小，甚至是負的。甚至可能存在與我們的宇宙有著完全不同的粒子和相互作用的宇宙。這是無法測試的。
南達科他州Badlands國家公園的丘陵景觀。
公共域圖
每一個最小值，也就是一滴水滴落到底的地方，都代表了物理定律和/或基本常數可能出現的不同結果。
從我們所能觀察到的情況來看，我們相當肯定選項1是正確的:宇宙比我們所能看到的要多得多。根據我們對宇宙膨脹的了解來看，我們很確定選項2也是正確的：在我們的宇宙之外的一些區域，膨脹在不同的時間結束，每個區域都有自己的大爆炸,以及某些地區膨脹仍在進行中並將永遠持續到未來。從我們對不同無窮大的了解來看，我們很確定第三個選項不是真的，因此選項四也不可能是真的。選項五呢？很多人都認同這一點，但沒有證據證明這一點，這是不可測試的，而事實是，膨脹結束時遠低於普朗克尺度，這讓我們有充足的理由相信這是可能的。(然而，許多人會毫不猶豫地繼續考慮這個問題。)毫無疑問，平行宇宙幾乎是真實存在的，但你設想的平行宇宙版本卻使宇宙大不相同。
作者: Ethan Siegel Senior Contributor
FY: -J.Smiley
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