宇宙在创生之初经历过一场暴涨，这得到了天文学观测证据的支持，但暴涨为什么发生，至今仍没有合理的理论解释。弦论为暴涨提供了两种解释：我们的宇宙存在于一个九维空间之中，不同平行宇宙之间的碰撞和湮灭，或者看不见的空间维度发生形状改变，都可以驱使我们熟悉的三维空间发生暴涨。暴涨真的标志着我们的宇宙与其他宇宙共处于一片更加广袤的疆域之中吗？
　　
　　如果说，宇宙学家在直径460亿光年、包含上千万亿亿颗恒星的宇宙中还会有幽闭恐怖症般的感觉，你相信吗？21世纪的宇宙学正涌现出越来越多的新观念，其中之一就是，已知的宇宙（即我们所能看到的万事万物）可能仅仅是整个空间中极其微小的一部分。作为种种宇宙学理论的副产品，各种各样的平行宇宙（parallel universes）构成了庞大的“多重宇宙”（multiverse）。但是，我们直接观测到多重宇宙中其他宇宙的希望十分渺茫，因为它们不是离我们太远，就是由于种种原因与我们的宇宙彼此分离。
　　不过，尽管一些平行宇宙与我们彼此分离，它们依然能够影响我们的宇宙，这样我们就能探测到它们造成的效应。那些宇宙是有可能存在的，弦论（string theory，描述自然界基本法则的主流候选理论）使宇宙学家们留意到了这一点。虽然弦论中的弦尺度非常小，但操控它们性质的基本原理却预言，存在着几种尺度较大的薄膜状物体，后者被简称为“膜”（brane）。具体地说，我们所处的宇宙本身可能就是一张处于九维空间中的三维膜。天文学家现在的一些观测结果，可能恰恰来源于较高维空间的形状改变，或者我们的宇宙与其他宇宙之间的碰撞。
　　近年来，弦论一直经受着各种各样的批评，大部分都超出了本文讨论的范围。不过有一种批评与本文有关，那就是弦论还没有被实验验证，这种担忧是合乎逻辑的。不过，这种批评并不仅仅针对弦论，描述极小尺度的物理理论本来就很难通过实验加以验证。所有描述自然界基本法则的候选理论，包括圈量子引力理论（loop quantum gravity）在内，都会遭遇同样的问题。弦论学家们一直在寻找用实验检验弦论的方法。弦论是否可以解释宇宙中尚未被解释的现象，特别是解释宇宙膨胀速度随时间的改变，是一个很有希望的研究方向。
　　
　　宇宙早期的疯狂暴涨
　　
　　宇宙在诞生之初曾经历过一段急剧加速膨胀阶段，这与今天的许多观测事实完全相符，然而通常的物理学定律很难解释暴涨发生的原因。
　　9年前，科学家宣布，在某种被称作“暗能量”（dark energy）的未知成分的驱动下，宇宙的膨胀速度正在不断加快。大多数宇宙学家认为，宇宙还经历过一个速度更快的加速膨胀阶段，这个阶段被称为暴涨（inflation），发生在宇宙诞生之初，那时连原子都还没有形成，更别提星系了。早期的暴涨阶段结束后不久，宇宙的温度比目前地球上能够观测到的最高温度还高十亿倍以上。宇宙学家和粒子物理学家在共同努力，寻找能够描述如此高温度的物理学基本法则。来自不同领域的灵感相互碰撞，促使科学家从弦论出发，对早期宇宙展开全新的思考。
　　
　　暴涨概念的提出，是为了解释一系列简单却令人困惑的观测事实，其中许多都涉及宇宙微波背景辐射（cosmic microwave background radiation，缩写为CMBR），即炽热的早期宇宙留存至今的遗迹。比如，微波背景辐射表明，早期宇宙近乎完美均匀——这一点非常奇怪，因为没有哪种常见的物理过程（比如流体的流动），来得及让早期宇宙中的物质变得如此均匀。在20世纪80年代初，艾伦·H·古斯（Alan H. Guth，目前任职于美国麻省理工学院）发现，一段极为迅速的膨胀时期能够解释这种均匀性。这样一段加速膨胀时期能够稀释原先存在的任何物质，抹平不同区域之间的密度差异。
　　同等重要的是，暴涨并没有使宇宙变得完全均匀。由于亚原子尺度上固有的量子统计学定律，暴涨期间空间能量密度会有所涨落。暴涨就像一台巨大的复印机，将小尺度上的量子扰动放大到了天文学尺度，产生了后来宇宙演化时期可以预言的物质密度扰动。
　　微波背景辐射的观测与暴涨理论的预言惊人符合。观测数据的支持使暴涨理论成了解释宇宙极早期行为的主流理论。未来的卫星，例如欧洲空间局（European Space Agency）计划在明年发射的普朗克（Planck）卫星，将为暴涨理论寻找更加确凿的证据。
　　但是，物理学定律真的能够产生这样的暴涨吗？这就是整个故事含糊不清的地方。如何才能让充斥着正常物质的宇宙加速膨胀，这是一个众所周知的难题。宇宙的加速膨胀需要一种性质非常特殊的能量成分：它的能量密度必须是正值；就算宇宙在急剧膨胀，能量密度也必须基本保持不变；为了让暴涨能够结束，这种成分的能量密度还必须在暴涨末期突然下降。
　　
　　初看起来，任何成分的能量密度似乎都不可能保持不变，因为空间的膨胀会稀释这种成分。但一种被称为标量场（scalar field）的特殊能量来源可以避免这种稀释。你可以把标量场想象成一种充斥在空间各处的极端简单的物质成分，好比一团气体，但是标量场的性质和你见过的任何气体都不一样。它更类似于我们熟悉的电磁场和引力场，只是标量场更加简单，只需要一个数值（即场强）就可以描述，该数值还可以随空间位置的不同而发生变化。相比之下，磁场是一种矢量场（vector field），除了场强以外，在空间的每个位置还要指明一个方向，才能完全描述磁场的性质。天气预报为这两种场都提供了例子：温度和气压是标量场，而风速则是矢量场。
　　很明显，驱动暴涨的标量场［即暴涨子（inflaton）场］使宇宙的加速膨胀持续了一段时间，接着又戛然而止。这个动力学过程很像游乐场中过山车的开始阶段。暴涨子场就像过山车，先沿一个平缓的斜坡缓慢滑行。（这里的“缓慢”是一个相对概念，对人类来说，这个过程还是非常迅速的。）接着，“过山车”陡然下降，将势能转化为动能，最终转化为热量。从理论上再现这一过程并非易事。物理学家过去25年来提出过很多建议，但没有一种具有足够的说服力。暴涨过程很可能涉及极端高能量下的物理过程，对此我们一无所知，因此构建暴涨理论模型的探索步履艰难。