Stephen Hawking blir med rette sett på som en av de mest innflytelsesrike forskerne i vår tid. I sin tid på denne planeten ble den berømte fysikeren, vitenskapsformidleren, forfatteren og armaturen et husholdningsnavn, synonymt med slike som Einstein, Newton og Galileo. Det som er enda mer imponerende, er det faktum at han klarte å opprettholde sitt engasjement for vitenskap, utdanning og humanitær innsats til tross for at han led av en langsom, degenerativ sykdom.
Selv om Hawking nylig gikk bort, føles hans innflytelse fremdeles. Rett før hans død sendte Hawking fram en artikkel som ga sin endelige teori om universets opprinnelse. Oppgaven, som ble publisert tidligere denne uken (onsdag 2. mai), tilbyr et nytt inntak av Big Bang Theory som kan revolusjonere måten vi tenker på universet, hvordan det ble opprettet og hvordan det utviklet seg.
Avisen, med tittelen "En jevn utgang fra evig inflasjon?", Ble utgitt i Journal of High Energy Physics.Teorien ble først kunngjort på en konferanse ved University of Cambridge i juli i fjor, der professor Thomas Hertog (en belgisk fysiker ved KU Leuven University) delte Hawkings papir (som Hertog var medforfatter) i anledning hans 75-årsdag.
I henhold til den nåværende vitenskapelige konsensus, kom all den nåværende og fortidens materie i universet til på samme tid - for omtrent 13,8 milliarder år siden. På dette tidspunktet ble all materie komprimert til en veldig liten ball med uendelig tetthet og intens varme. Plutselig begynte denne ballen å blåse opp i en eksponentiell hastighet, og universet slik vi kjenner det begynte.
Imidlertid er det allment antatt at siden denne inflasjonen startet, vil kvanteeffekter holde den i evighet i noen regioner av universet. Dette betyr at universets inflasjon globalt er evig. I denne forbindelse er den observerbare delen av vårt univers (som måler 13,8 milliarder lysår i alle retninger) bare et område der inflasjonen er avsluttet og stjerner og galakser dannet seg.
Som Hawking forklarte i et intervju med Cambridge University i fjor høst:
”Den vanlige teorien om evig inflasjon spår at universet vårt globalt er som en uendelig fraktal, med en mosaikk av forskjellige lommeunivers, adskilt av et oppblåsende hav. De lokale fysikk- og kjemilovene kan avvike fra det ene lommeuniverset til det andre, som til sammen vil danne en multiverse. Men jeg har aldri vært tilhenger av mangfoldet. Hvis omfanget av forskjellige universer i multiversen er stor eller uendelig, kan ikke teorien testes. ”
I sin nye artikkel tilbyr Hawking og Hertog en ny teori som spår at universet ikke er en uendelig fraktallignende multivers, men er begrenset og rimelig glatt. Kort sagt, teoretiserer de at den evige inflasjonen, som en del av teorien om Big Bang, er feil. Som Hertog forklarte:
"Problemet med den vanlige beretningen om evig inflasjon er at den antar et eksisterende bakgrunnsunivers som utvikler seg i henhold til Einsteins teori om generell relativitet og behandler kvanteeffektene som små svingninger rundt dette. Imidlertid utsletter dynamikken i evig inflasjon skillet mellom klassisk og kvantefysikk. Som en konsekvens brytes Einsteins teori ned i evig inflasjon. "
I motsetning til dette tilbyr Hawking og Hertog en forklaring basert på String Theory, en gren av teoretisk fysikk som prøver å forene General Relativity med kvantefysikk. Denne teorien ble foreslått for å forklare hvordan tyngdekraften samhandler med de tre andre grunnleggende kreftene i universet (svake og sterke kjernekrefter og elektromagnetisme), og dermed produserte en teori om alt (ToE).
For å si det enkelt, denne teorien beskriver de grunnleggende bestanddelene i universet som ørsmå, endimensjonale vibrerende strenger. Hawking og Hertogs tilnærming bruker holografikonseptet av strengteori, som antyder at universet er et stort og sammensatt hologram. I denne teorien kan fysisk virkelighet i visse 3D-rom matematisk reduseres til 2D-projeksjoner på en overflate.
Sammen utviklet Hawking og Hertog en variant av dette konseptet for å projisere tidsdimensjonen i evig inflasjon. Dette gjorde dem i stand til å beskrive evig inflasjon uten å måtte stole på General Relativity, og dermed redusere inflasjonen til en tidløs tilstand definert på en romlig overflate i begynnelsen av tiden. I denne forbindelse representerer den nye teorien en endring fra Hawkings tidligere arbeid med "no boundory theory".
Også kjent som Hartle and Hawking No Bounary Proposal, denne teorien så på universet som en kvantepartikkel - tildeler den en bølgefunksjon som beskrev alle mulige universer. Denne teorien spådde også at hvis du går tilbake i tid til begynnelsen av universet, ville den krympe og stenge av som en sfære. Til slutt spådde det at universet til slutt ville slutte å utvide seg og kollapse i seg selv.
Som Hertog forklarer, er denne nye teorien en avvik fra det tidligere verket:
“Når vi sporer utviklingen av vårt univers bakover i tid, når vi på et tidspunkt på terskelen til evig inflasjon, der vår kjente forestilling om tid slutter å ha noen betydning. Nå sier vi at det er en grense i fortiden vår. ”
Ved hjelp av denne teorien kunne Hawking og Hertog utlede mer pålitelige spådommer om universets globale struktur. I tillegg er et univers som er spådd å komme ut av evig inflasjon på fortidens grense også begrenset og mye enklere. Sist, men ikke minst, er teorien mer forutsigbar og testbar enn den uendelige Multiverse spådd av den gamle teorien om evig inflasjon.
"Vi er ikke nede på et enkelt, unikt univers, men våre funn innebærer en betydelig reduksjon av multiversen, til et mye mindre utvalg av mulige universer," sa Hawking. I teorien er et begrenset og glatt univers et vi kan observere (i det minste lokalt) og vil bli styrt av fysiske lover som vi allerede er kjent med. Sammenlignet med et uendelig antall univers styrt av forskjellige fysiske lover, forenkler det absolutt matematikken!
Ser fremover, planlegger Hertog å studere implikasjonene av denne teorien på mindre skalaer ved å bruke data innhentet av romteleskoper om det lokale universet. I tillegg håper han å kunne dra nytte av nyere studier om gravitasjonsbølger (GWs) og de mange hendelsene som er blitt oppdaget. I hovedsak mener Hertog at primordiale GW-er generert ved utgangen av evig inflasjon er det mest lovende middel til å teste modellen.
På grunn av utvidelsen av vårt univers siden Big Bang, ville disse GW-ene ha veldig lange bølgelengder, de som er utenfor det normale området for Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory's (LIGO) eller Virgo's detektorer. Laserinterferometry Space Antenna (LISA) - en ESA-ledet plan for et rombasert observasjonsorgan for gravitasjonsbølger - og andre fremtidige eksperimenter kan være i stand til å måle dem.
Selv om han er lenger hos oss, kan Hawkings siste teori være hans dyptgripende bidrag til vitenskapen. Hvis fremtidig forskning skulle bevise ham riktig, vil Hawking ha løst et av de mest skremmende problemene innen moderne astrofysikk og kosmologi. Bare en prestasjon til fra en mann som brukte livet på å endre hvordan folk tenker på universet!
