指的是壹種在物理學裏尚未被證實的理論，根據這種理論，在我們的宇宙之外，很可能還存在著其他的宇宙，而這些宇宙是宇宙的可能狀態的壹種反應，這些宇宙可能其基本物理常數和我們所認知的宇宙相同，也可能不同。平行宇宙這個名詞是由美國哲學家與心理學家威廉·詹姆士在1895年所發明的。
平行宇宙層次
對“宇宙”的如此定義，人們也許會認為這只是種形而上學的方式罷了。然則物理學和形而上學的區別在於該理論是否能通過實驗來測試，而不是它看起來是否怪異或者包含難以察覺的東西。多年來，物理學前沿不斷擴張，吸收融合了許多抽象的（甚至壹度是形而上學的）概念，比如球形的地球、看不見的電磁場、時間在高速下流動減慢、量子重疊、空間彎曲、黑洞等等。近幾年來“多重宇宙”的概念也加入了上面的名單，與先前壹些經過檢驗的理論，如相對論和量子力學配合起來，並且至少達到了壹個經驗主義科學理論的基本標準：作出預言。當然作出的論斷也可能是錯誤的。科學家們迄今討論過多達4種類型獨立的平行宇宙。現在關鍵的已不是多重宇宙是否存在的問題了，而是它們到底有多少個層次。
編輯本段第壹層次：視界之外
所有的平行宇宙組成第壹層多重宇宙。－－這是爭論最少的壹層。所有人都接受這樣壹個事實：雖然我們此時此刻看不見另壹個自己，但換壹個地方或者簡單地在原地等上足夠長的時間以後就能觀察到了。就像觀察海平面以外駛來的船只－－觀察視界之外物體的情形與此類似。隨著光的飛行，可觀察的宇宙半徑每年都擴大半光年，因此只需要坐在那裏等著瞧。當然，妳多半等不到另壹個宇宙的另壹個妳發出的光線傳到這裏那天，但從理論上講，如果宇宙擴張的理論站得住腳的話，妳的後代就有可能用超級望遠鏡看到它們。
怎麽樣，第壹層多重宇宙的概念聽起來平平無奇？空間不都是無限的麽？誰能想象某處插著塊牌子，上書“空間到此結束，當心下面的溝”？如果是這樣，每個人都會本能的置疑：盡頭的“外面”是什麽？實際上，愛因斯坦的重力場理論偏偏把我們的直覺變成了問題。空間有可能不是無限，只要它具有某種程度的彎曲或者並非我們直覺中的拓撲結構（即具有相互聯絡的結構）。
壹個球形、炸面圈形或者圓號形的宇宙都可能大小有限，卻無邊界。對宇宙微波背景輻射的觀測可以用來測定這些假設。見另壹篇文章《宇宙是有限的嗎？》by Jean-Pierre Luminet, Glenn D. Starkman and Jeffrey R. Weeks； Scientific American, April 1999然而，迄今為止的觀察結果似乎背逆了它們。無盡宇宙的模型才和觀測數據符合，外帶強烈的限制條件。
另壹種可能是：空間本身無限，但所有物質被限制在我們周圍壹個有限區域內－－曾經流行的“島狀宇宙”模型。該模型不同之處在於，在大尺度下物質分布會呈現分形圖案，而且會不斷耗散殆盡。這種情形下，第壹層多重宇宙裏的幾乎每個宇宙最終都將變得空空如也，陷入死寂。但是近期關於三維銀河分布與微波背景的觀測指出物質的組織方式在大尺度上呈現出某種模糊的均勻，在大於10^24米的尺度上便觀測不到清晰的細節了。假定這種模式延伸下去，我們可觀測宇宙以外的空間也將充滿行星、恒星和星系。
有資料支持空間延伸於可觀測宇宙之外的理論。WMAP衛星最近測量了微波背景輻射的波動(左圖)。最強烈的振幅超過了0.5開，暗示著空間非常之大，甚至可能無窮(中圖)。另外，WMAP和2dF星系紅移探測器發現在非常大的尺度下，空間均勻分布著物質
生活在第壹層多重宇宙不同平行宇宙中的觀察者們將察覺到與我們相同的物理定律，但初始條件有所不同。根據當前理論，大爆炸早期的壹瞬間物質按壹定的隨機度被拋出，此過程包含了物質分布的壹切可能性，每種可能性都不為0。宇宙學家們假定我們所在的當初有著近似均勻物質分布和初始波動狀態（100，000可能性中的壹種）的宇宙，是壹個相當典型的（至少在所有產生了觀察者的平行宇宙中很典型）個體。那麽距妳最近的和妳壹模壹樣那個人將遠在10^(10^28)米之外；而在10^(10^92)米外才會有壹個半徑100光年的區域，它裏面的壹切與我們居住的空間絲毫不差，也就是說未來100年內我們世界所發生的每件事都會在該區域完全再現；而至少10^(10^118)米之外該區域才會增大到哈勃體積那麽大，換句話說才會有壹個和我們壹模壹樣的宇宙。
上面的估計還算極端保守的，它僅僅窮舉了壹個溫度在10^8開以下、大小為壹個哈勃體積的空間的所有量子狀態。其中壹個計算步驟是這樣：在那溫度下壹個哈勃體積的空間最多能容納多少質子？答案是10^118個。每個質子可能存在，也可能不存在，也就是總***2^(10^118)個可能的狀態。現在只需要壹個能裝下2^(10^118)個哈勃空間的盒子便用光所有可能性。如果盒子更大些－－比如邊長10^(10^118)米的盒子－－根據抽屜原理，質子的排列方式必然會重復。當然，宇宙不只有質子，也不止兩種量子狀態，但可用與此類似的方法估算出宇宙所能容納的信息總量。
與我們宇宙壹模壹樣的另壹個宇宙的平均距離，距妳最近那個“分身”沒準並不象理論計算的那麽遠，也許要近得多。因為物質的組織方式還要受其他物理規律制約。給定壹些諸如行星的形成過程、化學方程式等規律，天文學家們懷疑僅在我們的哈勃體積內就存在至少10^20個有人類居住的行星；其中壹些可能和地球十分相像。
第壹層多重宇宙的框架通常被用來評估現代宇宙學的理論，雖然該過程很少被清晰地表達。舉例來說，考察我們的宇宙學家如何通過微波背景來試圖得出“球形空間”的宇宙幾何圖。隨著空間曲率半徑的不同，那些“熱區域”和“冷區域”在宇宙微波背景圖上的大小會呈現某種特征；而觀測到的區域表明曲率太小不足以形成球形的封閉空間。然而，保持統計學上的嚴格是非常重要的事。每個哈勃空間的這些區域的平均大小完全是隨機的。因此有可能是宇宙在愚弄我們－－並非空間曲率不足以形成封閉球形使得觀測到的區域偏小，而恰巧因為我們宇宙的平均區域天生就比別的來的小。所以當宇宙學家們信誓旦旦保證他們的球狀空間模型有99.9%可信度的時候，他們的真正意思是我們那個宇宙是如此地不合群，以至1000個哈勃體積之中才會出壹個象那樣的。
這堂課的重點是：即使我們沒法觀測其他宇宙，多重宇宙理論依然可以被實踐驗證。關鍵在於預言第壹層多重宇宙中各個平行宇宙的***性並指出其概率分布－－也就是數學家所謂的“度量”。我們的宇宙應當是那些“出現可能性最大的宇宙”中的壹個。否則－－我們很不幸地生活在壹個不大可能的宇宙中－－那麽先前假設的理論就有大麻煩了。如我們接下來要討論的那樣，如何解決這度量上的問題將會變得相當有挑戰性。
編輯本段第二層次：膨脹後留下的氣泡
如果第壹層多重宇宙的概念不太好消化，那麽試著想象下壹個擁有無窮組第壹層多重宇宙的結構：組與組之間相互獨立，甚至有著互不相同的時空維度和物理常量。這些組構成了第二層多重宇宙－－被稱為“無序的持續膨脹”的現代理論預言了它們。
“膨脹”作為大爆炸理論的必然延伸，與該理論的許多其他推論聯系緊密。比如我們的宇宙為何如此之大而又如此的規整，光滑和平坦？答案是“空間經歷了壹個快速的拉伸過程”，它不僅能解釋上面的問題，還能闡釋宇宙的許多其他屬性。見《膨脹的宇宙》 by Alan H. Guth and Paul J. Steinhard； Scientific American, May 1984； 《自我繁殖的膨脹宇宙》 by Andrei Linde, November 1994 “膨脹”理論不僅為基本粒子的許多理論所語言，而且被許多觀測證實。“無序的持續”指的是在最大尺度上的行為。作為壹個整體的空間正在被拉伸並將永遠持續下去。然而某些特定區域卻停止拉伸，由此產生了獨立的“氣泡”，好像膨脹的烤面包內部的氣泡壹樣。這種氣泡有無數個。它們每個都是第壹層多重宇宙：在尺寸上無限而且充滿因能量場漲落而析出的物質。
對地球來說，另壹個氣泡在無限遙遠之外，遠到即使妳以光速前進也永遠無法到達。因為地球和“另壹個氣泡”之間的那片空間拉伸的速度遠比妳行進的速度快。如果另壹個氣泡中存在另壹個妳，即便妳的後代也永遠別想觀察到他。基於同樣的原因，即空間在加速擴張，觀察結果令人沮喪的指出：即便是第壹層多重空間中的另壹個自己也將看不到了。
第二層多重宇宙與第壹層的區別非常之大。各個氣泡之間不僅初始條件不同，在表觀面貌上也有天壤之別。當今物理學主流觀點認為諸如時空的維度、基本粒子的特性還有許許多多所謂的物理常量並非基本物理規律的壹部分，而僅是壹種被稱作“對稱性破壞”過程的結果而已。舉例言之，理論物理學家認為我們的宇宙曾壹度由9個相互平等的維度組成。在宇宙早期歷史中，只有其中3個維度參與空間拉神，形成我們現在觀察到的三維宇宙。其余6個維度現在觀察不到了，因為它們被卷曲在非常微小的尺度中，而且所有的物質都分布在這三個充分拉伸過的維度“表面”上（對9維來說，三維就是壹個面而已，或者叫壹層“膜”）。
我們生活在3+1維時空之中，對此我們並不特別意外。當描述自然的偏微分方程是橢圓或者超雙曲線方程時，也就是空間或者時間其中之壹是0維或同時多維，對觀測者來說，宇宙不可能預測(紫色和綠色部分)。其余情況下(雙曲線方程)，若n>3，原子無法穩定存在，n<3，復雜度太低以至於無法產生自我意識的觀測者(沒有引力，拓撲結構也成問題)。
由此，我們稱空間的對稱性被破壞了。量子波的不確定性會導致不同的氣泡在膨脹過程中以不同的方式破壞平衡。而結果將會千奇百怪。其中壹些可能伸展成4維空間；另壹些可能只形成兩代誇克而不是我們熟知的三代；還有些它們的宇宙基本物理常數可能比我們的宇宙大。
產生第二層多重宇宙的另壹條路是經歷宇宙從創生到毀滅的完整周期。科學史上，該理論由壹位叫Richard C的物理學家於二十世紀30年代提出，最近普林斯頓大學的Paul J. Steinhardt和劍橋大學的Neil Turok兩位科學家對此作了詳盡闡述。Steinhardt和Turok 提出了壹個“次級三維膜”的模型，它與我們的空間相當接近，只是在更高維度上有壹些平移。see ‘Been There, Done That,‘ by George Musser； News Scan, Scientific American, March 2002該平行宇宙並非真正意義上的獨立宇宙，但宇宙作為壹個整體－－過去、現在和未來－－卻形成了多重宇宙，並且可以證明它包含的多樣性恰似無序膨脹宇宙所包含的。此外，沃特盧的物理學家Lee Smolin還提出了另壹種與第二層多重宇宙有著相似多樣性的理論，該理論中宇宙通過黑洞創生和變異而非通過膜物理學。
盡管我們沒法與其他第二層多重宇宙之中的事物相互作用，宇宙學家仍能間接地指出它們的存在。因為他們的存在可以用來很好地解釋我們宇宙的偶然性。做壹個類比：設想妳走進壹座旅館，發現了壹個房間門牌號碼是1967，正是妳出生那年。多麽巧合呀，在那瞬間妳驚嘆到。不過妳隨即反應過來，這完全不算什麽巧合。整個旅館有成百上千的房間，其中有壹個和妳生日相同很正常。然而妳若看見的是另壹個與妳毫無幹系的數字，便不會引發上面的思考。這說明什麽問題呢？即便對旅館壹無所知，妳也可以用上面的方法來解釋很多偶然現象。
讓我們舉個更切題的例子：考察太陽的質量。太陽的質量決定它的光度（即輻射的總量）。通過基本物理運算我們可知只有當太陽的質量在1.6X10^30～2.4X10^30千克這麽個狹窄範圍內，地球才可能適合生命居住。否則地球將比金星還熱，或者比火星還冷。而太陽的質量正好是2.0X10^30千克。乍看之下，太陽質量是種驚人的幸運與巧合。絕大多數恒星的質量隨機分布於10^29～10^32千克的巨大範圍內，因此若太陽出生時也隨機決定質量的話，落在合適範圍的機會將微乎其微。然而有了旅館的經驗，我們便明白這種表面的偶然實為大系統中（在這個例子裏是許多太陽系）的必然選擇結果（因為我們在這裏，所以太陽的質量不得不如此）。這種與觀測者密切相關的選擇稱為“人擇原理”。雖然可想而知它引發過多麽大的爭論，物理學家們還是廣泛接收了這壹事實：驗證基礎理論的時候無法忽略這種選擇效應。
適用於旅館房間的原理同樣適用於平行宇宙。有趣的是：我們的宇宙在對稱性被打破的時候，所有的（至少絕大部分）屬性都被“調整”得恰到好處，如果對這些屬性作哪怕極其微小的改變，整個宇宙就會面目全非－－沒有任何生物可以存在於其中。如果質子的質量增加0.2%，它們立即衰變成中子，原子也就無法穩定的存在。如果電磁力減小4%，便不會有氫，也就不會有恒星。如果弱相互作用再弱壹些，氫同樣無法形成；相反如果它們更強些，那些超新星將無法向星際散播重元素離子。如果宇宙的常數更大壹些，它將在形成星系之前就把自己炸得四分五裂。
雖然“宇宙到底被調節得多好”尚無定論，但上面舉的每壹個例子都暗示著存在許許多多包含每壹種可能的調節狀態的平行宇宙。see ‘Exploring Our Universe and Others,‘ by Martin Rees； Scientific American, December 1999第二層多重宇宙預示著物理學家們不可能測定那些常數的理論值。他們只能計算出期望值的概率分布，在選擇效應納入考慮之後。
編輯本段第三層次：量子平行世界
第壹層和第二層多重宇宙預示的平行世界相隔如此之遙遠，超出了天文學家企及的範圍。但下壹層多重宇宙卻就在妳我身邊。它直接源於著名的、備受爭議的量子力學解釋－－任何隨機量子過程都導致宇宙分裂成多個，每種可能性壹個。
量子平行宇宙。當妳擲骰子，它看起會隨機得到壹個特定的結果。然而量子力學指出，那壹瞬間妳實際上擲出了每壹個狀態，骰子在不同的宇宙中停在不同的點數。其中壹個宇宙裏，妳擲出了1，另壹個宇宙裏妳擲出了2……。然而我們僅能看到全部真實的壹小部分－－其中壹個宇宙。
20世紀早些年，量子力學理論在解釋原子層面現象方面的成功掀起了物理學革命。在原子領域下，物質運動不再遵守經典的牛頓力學規律。在量子理論解釋它們取得矚目成功的同時卻引發了爆炸性激烈的爭論。它到底意味著什麽？量子理論指出宇宙並不像經典理論描述的那樣，決定宇宙狀態的是所有粒子的位置和速度，而是壹種叫作波函數的數學對象。根據薛定鄂方程，該狀態按照數學家稱之為“統壹性”的方式隨時間演化，意味著波函數在壹個被稱為“希爾伯特空間”的無窮維度空間中演化。盡管多數時候量子力學被描述成隨機和不確定，波函數本身的演化方式卻是完全確定，沒有絲毫隨機性可言的。