多元宇宙理論是宇宙學和理論物理學中一個由來已久的概念，它指出宇宙可能有多個，甚至無限多個。雖然這個術語可以追溯到19世紀末，但這一理論的科學基礎來源於量子物理學和對黑洞、奇點等宇宙學力量的研究，以及大爆炸理論產生的問題。
當談到這一理論時，最緊迫的問題之一是生命是否可以存在於多個宇宙中。如果物理定律確實從一個宇宙到另一個宇宙會改變，這對生命本身意味著什麼呢？根據一組國際研究人員的新系列研究，生命可能在整個多元宇宙中是常見的(如果它確實存在的話)。
這些研究題為“暗能量對星系形成的影響，我們的宇宙的未來是什麼？”和“星系形成的效率和宇宙常數的多元宇宙解釋與EAGLE模擬”，最近出現在皇家天文學會的月刊上。前一項研究是由達勒姆大學計算宇宙學研究所的研究生傑米·薩爾迪多(Jaime Salcido)領導的。
後者由悉尼大學悉尼天文研究所的約翰·坦普爾頓研究員盧克·巴恩斯(Luke Barnes)領導。這兩個小組包括來自西澳大利亞大學國際射電天文研究中心、利物浦約翰摩爾大學天體物理學研究所和萊頓大學萊頓天文臺的成員。
研究小組一起試圖確定宇宙的加速膨脹是如何影響我們宇宙中恆星和星系形成的速度的。這加速了膨脹率，這是宇宙的λ-冷暗物質(Lambda-CDM)模型的一個組成部分，它產生於愛因斯坦廣義相對論所提出的問題。
由於愛因斯坦的場方程，物理學家瞭解到宇宙自大爆炸以來要麼處於膨脹狀態，要麼處於收縮狀態。1919年，愛因斯坦提出了“宇宙學常數”(以λ為代表)，這是一種“抑制”引力效應的力，從而確保宇宙是靜態的和不變的。
此後不久，當埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）基於其他星系的紅移測量，揭示宇宙確實處於膨脹狀態時，愛因斯坦撤回了這個建議。愛因斯坦甚至宣稱宇宙常數是他職業生涯中“最大的錯誤”。然而，20世紀90年代後期對宇宙膨脹的研究使他的理論得到了重新評價。
對冷暗物質(LCDM)宇宙模型的想象。
簡言之，正在進行的對大規模宇宙的研究表明，在過去50億年中，宇宙膨脹加速了。因此，天文學家們開始假設存在一種神秘的、無形的力量來驅動這種加速。通常被稱為“暗能量”，這種力也被稱為宇宙學常數(CC)，因為它負責抵消引力的影響。
從那時起，天體物理學家和宇宙學家就一直在試圖瞭解暗能量是如何影響宇宙演化的。這是一個問題，因為我們現在的宇宙學模型預測，在我們的宇宙中一定有更多已經被觀測到的暗能量。然而，考慮到更多的暗能量會導致如此迅速的膨脹，在任何恆星、行星或生命形成之前，它會稀釋物質。
因此，在第一項研究中，薩爾迪多和他們的團隊試圖確定更多暗能量的存在是如何影響我們宇宙中恆星形成的速度的。為此，他們使用EAGLE(星系及其環境的演化與聚集)項目進行了流體力學模擬，這是對觀測到的宇宙最真實的模擬之一。
利用這些模擬，研究小組考慮了過去138億年和未來138億年中暗能量(以其觀測值計算)對恆星形成的影響。在此基礎上，研究小組開發了一個簡單的分析模型，指出儘管宇宙膨脹速度不同，暗能量對宇宙中恆星形成的影響卻微乎其微。
大爆炸的時間線與宇宙擴張
進一步表明，只有當宇宙已經產生了大部分恆星質量並且只導致恆星形成的總密度降低約15%時，λ的影響才變得顯著。正如薩爾西多在達勒姆大學的新聞稿中所解釋的那樣：
“對於許多物理學家來說，宇宙中無法解釋但似乎特殊的暗能量是一個令人沮喪的謎題。我們的模擬表明，即使宇宙中有更多或極少的暗能量，它對恆星和行星形成的影響也是微乎其微的，從而提高了生命存在於多元宇宙中的可能性。”
在第二項研究中，研究小組使用了EAGLE合作的相同模擬來研究不同程度的宇宙學常數(CC)對星系和恆星形成的影響。這包括模擬具有λ值的宇宙，這些宇宙的λ值是在我們的宇宙中觀測到的當前值的0到300倍。
然而，由於宇宙的恆星形成率在加速膨脹開始前大約35億年（約85億年前和大爆炸後的53億年）達到峰值，宇宙學常數(CC)的增加對恆星形成速率的影響很小。
綜合起來，這些模擬表明，在一個多元宇宙中，物理定律可能會有很大的不同，更多暗能量宇宙加速膨脹的影響不會對恆星或星系的形成速度產生重大影響。這反過來又表明，在多元宇宙中的其他宇宙將和我們自己的宇宙一樣適合居住，至少在理論上是這樣。正如巴恩斯博士解釋的那樣：
“多宇宙先前被認為是用來解釋暗能量的觀測值的門票，我們有一張幸運的票，生活在宇宙中，形成了美麗的星系，就像我們所知道的那樣，它允許生命存在。我們的工作表明，我們的票似乎有點太幸運了，可以這麼說，它比生命中需要的更特別。這是多元宇宙的一個問題，謎題依然存在。”
然而，研究小組的研究也對多元宇宙理論解釋我們宇宙中暗能量觀測值的能力產生了懷疑。根據他們的研究，如果我們生活在一個多宇宙中，我們將會觀察到比我們多50倍的暗能量。儘管他們的結果並不排除多元宇宙的可能性，但我們所觀察到的極少量暗能量更好地由尚未發現的自然規律的存在來解釋。
正如達勒姆大學計算宇宙學研究所的一位成員、該論文的合著者理查德·鮑爾教授解釋的那樣：
“宇宙中恆星的形成是引力的吸引和暗能量的排斥之間的鬥爭。我們在我們的模擬中發現，比我們的暗能量更大的宇宙能夠愉快地形成恆星。那麼，為什麼我們宇宙中有如此微弱的暗能量呢？我認為我們應該尋找一種新的物理定律來解釋我們宇宙的這種奇怪特性，而多元宇宙理論對拯救物理學家們的援救作用不大。”
這些研究是及時的，因為它們緊跟史蒂芬·霍金的最終理論，後者對多元宇宙的存在產生了懷疑，並提出了一個有限而合理光滑的宇宙。基本上，這三項研究都表明，關於我們是否生活在一個多元宇宙以及暗能量在宇宙進化中的作用的爭論還遠未結束。但我們可以期待下一代的任務為未來提供一些有用的線索。
這些包括詹姆斯韋伯太空望遠鏡(JWST)，寬視場紅外測量望遠鏡(WFIRST)，和地面天文臺，如平方公里陣列(SKA)。除了研究太陽系中的系外行星和天體外，這項任務還將致力於研究第一批恆星和星系是如何形成的，並確定暗能量所扮演的角色。
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