La teoría final del profesor Stephen Hawking sobre el origen del universo, en la que trabajó en colaboración con el profesor Thomas Hertog de KU Leuven, se ha publicado hoy en el Revista de Física de Alta Energía .
La teoría, que se presentó para su publicación antes de la muerte de Hawking a principios de este año, se basa en la teoría de cuerdas y predice que el universo es finito y mucho más simple de lo que dicen muchas teorías actuales sobre el Big Bang.
El profesor Hertog, cuyo trabajo ha sido apoyado por el Consejo Europeo de Investigación, anunció por primera vez la nueva teoría en una conferencia en la Universidad de Cambridge en julio del año pasado, organizada con motivo del 75 cumpleaños del profesor Hawking.
Las teorías modernas del big bang predicen que nuestro universo local surgió con un breve estallido de inflación; en otras palabras, una pequeña fracción de segundo después del big bang mismo, el universo se expandió a una tasa exponencial.Sin embargo, se cree ampliamente que una vez que comienza la inflación, hay regiones donde nunca se detiene. Se cree que los efectos cuánticos pueden mantener la inflación para siempre en algunas regiones del universo, de modo que, globalmente, la inflación sea eterna. La parte observable de nuestro universo podríaentonces sea simplemente un universo de bolsillo hospitalario, una región en la que la inflación ha terminado y se han formado estrellas y galaxias.
"La teoría habitual de la inflación eterna predice que globalmente nuestro universo es como un fractal infinito, con un mosaico de universos de bolsillo diferentes, separados por un océano inflado", dijo Hawking en una entrevista el otoño pasado. "Las leyes locales de física yla química puede diferir de un universo de bolsillo a otro, lo que en conjunto formaría un multiverso. Pero nunca he sido un fanático del multiverso. Si la escala de los diferentes universos en el multiverso es grande o infinita, la teoría no se puede probar ".
En su nuevo artículo, Hawking y Hertog dicen que esta explicación de la inflación eterna como teoría del big bang está mal. "El problema con la explicación habitual de la inflación eterna es que supone un universo de fondo existente que evoluciona de acuerdo con la teoría de Einsteinde relatividad general y trata los efectos cuánticos como pequeñas fluctuaciones en torno a esto ", dijo Hertog." Sin embargo, la dinámica de la inflación eterna borra la separación entre la física clásica y cuántica. Como consecuencia, la teoría de Einstein se descompone en la inflación eterna ".
"Predecimos que nuestro universo, en las escalas más grandes, es razonablemente suave y globalmente finito. Por lo tanto, no es una estructura fractal", dijo Hawking.
La teoría de la inflación eterna que Hawking y Hertog propusieron se basa en la teoría de cuerdas: una rama de la física teórica que intenta conciliar la gravedad y la relatividad general con la física cuántica, en parte describiendo los componentes fundamentales del universo como pequeñas cuerdas vibratoriasSu enfoque utiliza el concepto de holografía de la teoría de cuerdas, que postula que el universo es un holograma grande y complejo: la realidad física en ciertos espacios 3D puede reducirse matemáticamente a proyecciones 2D en una superficie.
Hawking y Hertog desarrollaron una variación de este concepto de holografía para proyectar la dimensión del tiempo en la inflación eterna. Esto les permitió describir la inflación eterna sin tener que depender de la teoría de Einstein. En la nueva teoría, la inflación eterna se reduce a unestado intemporal definido en una superficie espacial al comienzo del tiempo.
"Cuando rastreamos la evolución de nuestro universo hacia atrás en el tiempo, en algún momento llegamos al umbral de la inflación eterna, donde nuestra noción familiar del tiempo deja de tener sentido", dijo Hertog.
La anterior 'teoría sin límites' de Hawking predijo que si retrocede en el tiempo hasta el comienzo del universo, el universo se encoge y se cierra como una esfera, pero esta nueva teoría representa un paso lejos del trabajo anterior ". Ahoraestamos diciendo que hay un límite en nuestro pasado ", dijo Hertog.
Hertog y Hawking usaron su nueva teoría para obtener predicciones más confiables sobre la estructura global del universo. Predijeron que el universo que emerge de la inflación eterna en el límite pasado es finito y mucho más simple que la estructura fractal infinita predicha por la vieja teoríade inflación eterna.
Sus resultados, si se confirman con un trabajo posterior, tendrían implicaciones de largo alcance para el paradigma del multiverso. "No estamos en un solo universo único, pero nuestros hallazgos implican una reducción significativa del multiverso, a un rango mucho más pequeñode universos posibles ", dijo Hawking.
Esto hace que la teoría sea más predictiva y comprobable.
Hertog ahora planea estudiar las implicaciones de la nueva teoría en escalas más pequeñas que están al alcance de nuestros telescopios espaciales. Él cree que las ondas gravitacionales primordiales, ondas en el espacio-tiempo, generadas a la salida de la inflación eterna constituyen las más prometedoras "pistola humeante "para probar el modelo. La expansión de nuestro universo desde el principio significa que tales ondas gravitacionales tendrían longitudes de onda muy largas, fuera del alcance de los detectores LIGO actuales. Pero podrían ser escuchadas por el observatorio planetario de ondas gravitacionales basado en el espacio europeo., LISA, o visto en futuros experimentos que miden el fondo cósmico de microondas.
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