平行宇宙是指从某个宇宙中分离出来，与原宇宙平行存在着的既相似又不同的其他宇宙。在这些不同的宇宙里，事物的发展会有不同的结果，比如在我们的宇宙中已经灭绝的物种在另一个宇宙中可能正在不断进化，生生不息。
加州大学圣芭芭拉分校的量子物理学家曾将一个人类头发丝宽度的微型“划桨”放入到一个真空罐中，随后他们拨动“划桨”，它同时出现了振动和静止两种量子状态，从本质上说，那就意味着物体可以同时存在两种状态，也就是说存在两个宇宙。
平行宇宙缘起于物理中著名的“电子双缝干涉”实验，在这个实验中，单个电子通过双缝后竟然发生了干涉。在经典力学看来，单个电子在同一时刻只能通过一条缝，不可能同时通过两条缝并发生干涉。当科学家试图通过仪器测定电子究竟通过哪条缝时，永远只会在其中的一处发现电子。
对此，平行宇宙理论认为，上述实验中单个电子在观测后仍然处在左/右狭缝的叠加状态。同时人的世界也是叠加的，当电子穿过双缝后，处于叠加态的不仅仅是电子，还包括整个的世界。在其中的一个世界里电子穿过了左边的狭缝，而在另一个世界里，电子则通过了右边的狭缝。以“薛定谔的猫”来说，平行宇宙认为两只猫都是真实的，有一只活猫，有一只死猫，但它们位于不同的世界中。
平行宇宙的优点是：薛定谔方程始终成立，波函数从不塌缩，由此它简化了基本理论。但由于该理论过于离奇，有人认为这是科学史上“最大胆、最野心勃勃的理论。”
现在宇宙学的研究发现，平行宇宙可能就是宇宙在高一维度的空间中，多出来的方向上有差值的平行时空。因此多出来的维度便是虚时间，人们可以通过穿越平行宇宙穿越虚时间。
加州理工学院及麻省理工学院宇宙学家们做了一个模拟实验，发现时间箭头可以自然地来自一个完美对称的方程式系统。在模拟实验中，包含了大量的粒子在引力之下相互作用，并任意方向的移动。有些粒子自然的聚集在一起，而这个聚集区的熵值低，且之后会在特定的时间方向分开和扩张，显示出时间在两个方向都是可行的。
基于以上实验，宇宙学家认为平行宇宙有可能被探测到，当人们所在的宇宙与另一个平行宇宙之间发生碰撞时，会在宇宙微波背景辐射中留下痕迹。一旦轨道望远镜发现背景辐射中的可疑痕迹，暗示这可能是来自另一个平行宇宙。此前有英国天文学家称找到了支持平行宇宙论的证据。通过对宇宙微波背景辐射图的研究，他们发现了四个由“宇宙摩擦”形成的圆形图案，这表明我们的宇宙可能至少四次进入过其他宇宙。
2007年8月，科学家在研究宇宙微波背景辐射时发现了一个巨大的冷斑，其中完全是“空”的，没有任何的正常物质或者暗物质，也没有辐射信号，为什么宇宙中会存在如此怪异的时空。科学家认为这是另一个宇宙的证据，冷斑现象可能是宇宙之外还存在平行宇宙的一个较有力证据。
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