2016/10/22 來源：理論天體物理學

當我們把弦論應用在宇宙學上，就得到了弦論版本的平行宇宙或多宇宙模型。弦論是一種萬有理論（Theory of Everything）的候選理論。它的目標是提供一個數學模型來統一引力和量子力學，描述所有的基本力和物質。弦論認為，所有的基本粒子實際上都是一維的弦。弦以不同的方式振動，就表現為不同的粒子。在其中一種振動方式下，弦表現為引力子（graviton），在空間中傳遞引力。 我們觀察到的時空維度是四（三維空間 + 一維時間）。然而弦論的數學完備性要求時空具有更高的維度。為了容納這些多餘的維度，弦論採用的方法是維度緊緻化（compactification），就是讓多個維度閉合成環狀，蜷縮到一維弦的內部。緊緻化的方法有很多，但是能夠滿足弦論要求的只有一種：卡拉比-邱流形。 但是，也許不是所有的多餘維度都蜷縮在一維的弦內部。可能有的維度會伸展開來，這樣，弦就變成了膜（membrane或brane）。所以，膜是弦的概念在維度上的擴展。弦可以看做是一維的膜，同時膜也可以是其他維度的（二維到九維）。我們的宇宙就生長在一個三維的膜上。這個膜存在於一個高維的超空間（hyperspace）中。

形成基本粒子的弦分為兩種：閉弦和開弦。開弦是開放的弦，它的兩端都必須存在於更高維的膜上，所以它只能在膜上運動。開弦產生的基本粒子，比如光子、電子和夸克等，都不能離開我們的宇宙。而傳遞引力的引力子來自閉弦，它不會被膜限制，可以在不同的膜之間穿梭。這就解釋了為什麼在四種基本力之中，為什麼引力這麼弱：因為大部分引力都泄漏到其他維度去了。 超空間中不止我們的宇宙，還有許多其他的高維膜。這些膜包含了無數的平行宇宙。在這些宇宙中，可能有不同的物理常數，還有不同的基本粒子。並不是每一個宇宙都像我們的宇宙這樣豐富多彩。有的宇宙剛產生就崩潰了；有的宇宙中，物質無法凝聚形成恆星，永遠是一團混沌；當然，有的宇宙可能存在我們無法理解的奇特生命，也許他們會發展出穿越多個宇宙的能力。 基於弦論的平行宇宙也回答了一個常見的問題：為什麼我們的宇宙中，物理常數都剛好合適，可以發展出智慧生命？如果只有一個宇宙，就算用人擇原理來回答也顯得太牽強了一些。如果存在無數具有不同物理學常數的宇宙，其中一些具備支持智慧生命的條件，這就不足為奇了。

如果兩個膜距離比較近，引力會把它們拉到一起去。膜的碰撞對於兩個膜上的宇宙來說都是世界末日。宇宙中的物質都會毀滅，轉變為能量。然而，兩個膜並不會合併。它們會彈開，然後再次碰撞。在兩次碰撞的間隙，如果宇宙中出現了智慧生命，他們就會把上一次碰撞看成是宇宙的起點，把這個時刻稱為「宇宙大爆炸」。 弦論在數學上十分優美，但是，由於它研究的對象過於微小，目前的技術水平完全無法對這個理論進行檢驗。不過，膜宇宙學認為，平行宇宙之間可以通過引力相互影響。如果我們將來觀察到宇宙中異常的引力現象，符合弦論的預測，而其他理論卻無法解釋，可能能夠成為驗證弦論的契機。