Hầu hết các nhà vũ trụ học tin rằng vào thời điểm khi vũ trụ mới hình thành, kích thước của nó không mấy to lớn. Nhưng trong nháy mắt, vũ trụ đột nhiên mở rộng đáng kể, và thể tích của nó tăng lên không biết bao nhiêu lần.
Rất khó để chúng ta nói vũ trụ lớn như thế nào, bởi vì khái niệm này phần lớn chỉ là phỏng đoán, nhưng có thể nói rằng nó "lớn hơn nhiều so với bạn nghĩ". Mô hình giãn nở của vũ trụ tin rằng kích thước thực của vũ trụ ít nhất là to lớn hơn 1.052 lần so với phần có thể quan sát được. Vì vũ trụ có thể quan sát được có đường kính 90 tỷ năm ánh sáng, điều này có nghĩa là phạm vi thực sự của vũ trụ quá lớn để chúng ta có thể hiểu được.
Trong vật lý vũ trụ học, vũ trụ giãn nở hay phình to vũ trụ là sự mở rộng của vũ trụ trong vũ trụ ban đầu với tốc độ nhanh hơn ánh sáng.
Lý thuyết giãn nở giải quyết nhiều vấn đề trong vũ trụ học Big Bang tiêu chuẩn. Ví dụ, các vùng khác nhau trong vũ trụ có thể cách xa nhau, nhưng nhiệt độ thì gần như giống nhau. Theo lý thuyết giãn nở, những khu vực này đã từng được liên kết chặt chẽ với nhau cho đến khi chúng bị tách rời bởi sự giãn nở của vũ trụ.
Có một kết quả khác có thể xảy ra của Vũ trụ giãn nở: sự giãn nở của vũ trụ có thể vẫn chưa kết thúc. Trên thực tế, quá trình này có thể không bao giờ kết thúc. Lý thuyết này được gọi là "lý thuyết giãn nở vĩnh cửu", tin rằng vũ trụ sẽ tiếp tục mở rộng trên quy mô lớn mãi mãi, và chỉ một khu vực nhỏ của nó có thể duy trì một cuộc sống bình thường và hòa bình, giống như vũ trụ của chúng ta. Mỗi vũ trụ giống như một "hòn đảo" được ngăn cách bởi một khoảng không vô tận, cách xa nhau với tốc độ nhanh hơn tốc độ ánh sáng (vì sự giãn nở của vũ trụ thực sự nhanh hơn tốc độ ánh sáng).
Những "hòn đảo" này nằm trong "đa vũ trụ" sẽ không bao giờ gặp nhau, và sẽ không bao giờ có thể giao tiếp với nhau. Trên thực tế, chúng ta thậm chí không thể tìm thấy bằng chứng trực tiếp về sự tồn tại của chúng.
Đa vũ trụ là một nhóm giả thuyết gồm nhiều vũ trụ. Cùng với nhau, những vũ trụ này bao gồm mọi thứ tồn tại: toàn bộ không gian, thời gian, vật chất, năng lượng, thông tin, các định luật và hằng số vật lý mô tả chúng. Các vũ trụ khác nhau trong đa vũ trụ được gọi là "vũ trụ song song", "vũ trụ khác", "vũ trụ thay thế" hoặc "nhiều thế giới".
Mặc dù không có bằng chứng trực tiếp, tuy nhiên chúng ta vẫn có thể suy đoán một cách hợp lý liệu đa vũ trụ có tồn tại hay không?
Đầu tiên, chúng ta phải xác minh sự giãn nở của vũ trụ. Mặc dù các nhà khoa học vẫn chưa đưa ra kết luận, nhưng thực sự có bằng chứng cho thấy điều gì đó tương tự như sự giãn nở đã xảy ra trong vũ trụ sơ khai. Nếu sự giãn nở vũ trụ xảy ra, các quy luật mà chúng ta quan sát được từ những biến động của nền vi sóng vũ trụ thực sự phù hợp với nó. Ngoại trừ lý thuyết giã nở vũ trụ, không có lý thuyết nào về vũ trụ sơ khai có thể làm được điều này.
Tuy nhiên, sự giãn nở của vũ trụ không phải là một lý thuyết riêng biệt, mà giống một lý thuyết "phạm trù" hơn. Các mô hình khác nhau sẽ giả định các quy luật vật lý khác nhau, các yếu tố thúc đẩy khác nhau, các nguyên nhân khác nhau và các tác động khác nhau đối với sự kiện này. Vì tất cả các lý thuyết này đều dựa trên các mô hình giả thuyết về vũ trụ sơ khai, nên vẫn còn quá sớm để xác định cái nào trong số chúng là đúng.
Các nhà vật lý suy đoán rằng giãn nở vĩnh cửu có thể là một tình huống phổ biến hơn, và hầu hết các mô hình giãn nở vũ trụ có thể hướng tới kết quả này cho đến khi kết thúc quá trình phát triển của chúng. Tiếp tục với phỏng đoán này, nếu lý thuyết giãn nở vũ trụ là đúng, thì lý thuyết giãn nở vĩnh cửu cũng có thể đúng, điều này có nghĩa là đa vũ trụ có thể thực sự tồn tại.
Những ví dụ ban đầu được ghi lại về ý tưởng thế giới vô hạn tồn tại trong triết học Nguyên tử Hy Lạp cổ đại, vốn cho rằng các thế giới song song vô hạn hình thành từ sự va chạm của các nguyên tử. Vào thế kỷ thứ ba trước Công nguyên, nhà triết học Chrysippus đã gợi ý rằng thế giới sẽ tồn tại và tái sinh vĩnh viễn, gợi ý một cách hiệu quả về sự tồn tại của nhiều vũ trụ xuyên thời gian. Khái niệm đa vũ trụ được định nghĩa rõ ràng hơn vào thời Trung cổ. Nhà triết học và tâm lý học người Mỹ William James đã sử dụng thuật ngữ "đa vũ trụ" vào năm 1895, nhưng trong một bối cảnh khác.
Tuy nhiên, sự tồn tại của đa vũ trụ là một vấn đề thực sự rất khó để các nhà khoa học "tiêu hóa" trong một thời gian dài. Nếu lý thuyết giãn nở vĩnh cửu là đúng, thì không chỉ có một vũ trụ hay nhiều vũ trụ, mà là những vũ trụ vô hạn. Mỗi vũ trụ có thể có các định luật vật lý và sự sắp xếp của các hạt riêng. Do đó, nếu sự phân bố vật chất và năng lượng bị giới hạn (xét cho cùng, có rất nhiều cách để cấu tạo nên một vũ trụ), thì sẽ luôn có những tình huống vật lý lặp đi lặp lại trong vô số đa vũ trụ.
Nhưng chúng ta chỉ có thể nói rằng nếu giãn nở vĩnh cửu thực sự là phổ biến (có nghĩa là, áp dụng cho hầu hết các mô hình giãn nở vũ trụ), thì đa vũ trụ có thể tồn tại. Một nhóm các nhà vật lý đã công bố quan điểm này trong một bài báo gần đây.
Đầu tiên, họ phát hiện ra rằng giãn nở vĩnh cửu không phổ biến như họ nghĩ lúc đầu. Họ tin rằng lý do tại sao các nhà vũ trụ học tin rằng giãn nở vĩnh cửu là phổ biến là do số lượng mô hình họ nghiên cứu có hạn.
Nhưng các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng vì chúng ta vẫn chưa biết nhiều về mô hình giãn nở và cơ chế hoạt động của nó, nên chúng ta khó có thể xem xét mức độ giãn nở vĩnh cửu "phổ biến" như thế nào. Họ tin rằng không thể tóm gọn câu trả lời cho câu hỏi này, và cần có thêm nhiều nghiên cứu về sự giãn nở của vũ trụ. Do đó sự thật về đa vũ trụ tới nay vẫn chỉ là những phỏng đoán và chưa được xác thực về mặt khoa học và nghiên cứu chuyên sâu.