A teoria final do Professor Stephen Hawking sobre a origem do universo, no qual ele trabalhou em colaboração com o Professor Thomas Hertog da KU Leuven, foi publicado hoje no Journal of High Energy Physics .

A teoria, que foi submetido para publicação antes da morte de Hawking no início deste ano, é baseado na teoria das cordas e prevê que o universo é finito e muito mais simples do que dizem muitas teorias atuais sobre o big bang.

Professor Hertog, cujo trabalho foi apoiado pelo Conselho Europeu de Pesquisa, anunciou a nova teoria em uma conferência na Universidade de Cambridge em julho do ano passado, organizado por ocasião do 75º aniversário do Professor Hawking.

As teorias modernas do big bang preveem que nosso universo local veio à existência com uma breve explosão de inflação - em outras palavras, uma pequena fração de segundo após o próprio big bang, o universo se expandiu a uma taxa exponencial. É amplamente aceito, Contudo, que uma vez que a inflação comece, existem regiões onde nunca para. Pensa-se que os efeitos quânticos podem manter a inflação para sempre em algumas regiões do universo para que, globalmente, a inflação é eterna. A parte observável do nosso universo seria então apenas um universo de bolso hospitaleiro, uma região em que a inflação terminou e estrelas e galáxias se formaram.

"A teoria usual da inflação eterna prevê que, globalmente, nosso universo é como um fractal infinito, com um mosaico de diferentes universos de bolso, separados por um oceano inflando, "disse Hawking em uma entrevista no outono passado." As leis locais da física e da química podem diferir de um universo de bolso para outro, que juntos formariam um multiverso. Mas eu nunca fui um fã do multiverso. Se a escala dos diferentes universos no multiverso for grande ou infinita, a teoria não pode ser testada. "

Em seu novo jornal, Hawking e Hertog dizem que essa explicação da inflação eterna como uma teoria do big bang está errada. "O problema com a explicação usual da inflação eterna é que ela assume um universo de fundo existente que evolui de acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein e trata os efeitos quânticos como pequenas flutuações em torno disso, "disse Hertog." No entanto, a dinâmica da inflação eterna elimina a separação entre a física clássica e quântica. Como consequência, A teoria de Einstein desmorona na inflação eterna. "

"Prevemos que nosso universo, nas maiores escalas, é razoavelmente suave e globalmente finito. Portanto, não é uma estrutura fractal, "disse Hawking.

A teoria da inflação eterna que Hawking e Hertog propuseram é baseada na teoria das cordas:um ramo da física teórica que tenta reconciliar a gravidade e a relatividade geral com a física quântica, em parte, descrevendo os constituintes fundamentais do universo como minúsculas cordas vibrantes. A abordagem deles usa o conceito de holografia da teoria das cordas, que postula que o universo é um holograma grande e complexo:a realidade física em certos espaços 3-D pode ser matematicamente reduzida a projeções 2-D em uma superfície.

Hawking e Hertog desenvolveram uma variação desse conceito de holografia para projetar a dimensão do tempo na inflação eterna. Isso lhes permitiu descrever a inflação eterna sem ter que confiar na teoria de Einstein. Na nova teoria, a inflação eterna é reduzida a um estado atemporal definido em uma superfície espacial no início dos tempos.

"Quando rastreamos a evolução do nosso universo para trás no tempo, em algum ponto chegamos ao limiar da inflação eterna, onde nossa noção familiar de tempo deixa de ter qualquer significado, "disse Hertog.

A "teoria sem fronteira" anterior de Hawking previa que se você voltar no tempo para o início do universo, o universo encolhe e se fecha como uma esfera, mas esta nova teoria representa um passo longe do trabalho anterior. "Agora estamos dizendo que há uma fronteira em nosso passado, "disse Hertog.

Hertog e Hawking usaram sua nova teoria para derivar previsões mais confiáveis ​​sobre a estrutura global do universo. Eles previram que o universo que emerge da inflação eterna no limite do passado é finito e muito mais simples do que a estrutura fractal infinita prevista pela velha teoria da inflação eterna.

Seus resultados, se confirmado por mais trabalho, teria implicações de longo alcance para o paradigma do multiverso. "Não estamos reduzidos a um único, universo único, mas nossas descobertas implicam em uma redução significativa do multiverso, a uma gama muito menor de universos possíveis, "disse Hawking.

Isso torna a teoria mais previsível e testável.

Hertog agora planeja estudar as implicações da nova teoria em escalas menores que estão ao alcance de nossos telescópios espaciais. Ele acredita que as ondas gravitacionais primordiais - ondulações no espaço-tempo - geradas na saída da inflação eterna constituem a "arma fumegante" mais promissora para testar o modelo. A expansão do nosso universo desde o início significa que essas ondas gravitacionais teriam comprimentos de onda muito longos, fora do alcance dos detectores LIGO atuais. Mas eles podem ser ouvidos pelo planejado observatório de ondas gravitacionais baseado no espaço europeu, LISA, ou visto em experimentos futuros medindo a radiação cósmica de fundo.