Professor Stephen Hawking's laatste theorie over de oorsprong van het heelal, waaraan hij werkte in samenwerking met professor Thomas Hertog van de KU Leuven, is vandaag gepubliceerd in de Journal of High Energy Physics .

De theorie, die eerder dit jaar voor publicatie werd ingediend voor Hawking's dood, is gebaseerd op de snaartheorie en voorspelt dat het universum eindig en veel eenvoudiger is dan veel huidige theorieën over de oerknal zeggen.

Professor Hertog, wiens werk is ondersteund door de Europese Onderzoeksraad, kondigde voor het eerst de nieuwe theorie aan op een conferentie aan de Universiteit van Cambridge in juli vorig jaar, georganiseerd ter gelegenheid van de 75ste verjaardag van professor Hawking.

Moderne theorieën over de oerknal voorspellen dat ons plaatselijk universum tot stand is gekomen met een korte uitbarsting van inflatie – met andere woorden, een fractie van een seconde na de oerknal zelf, het heelal dijde exponentieel uit. Het wordt algemeen aangenomen, echter, dat zodra de inflatie begint, er zijn regio's waar het nooit stopt. Men denkt dat kwantumeffecten de inflatie in sommige regio's van het universum voor altijd aan de gang kunnen houden, zodat wereldwijd, inflatie is eeuwig. Het waarneembare deel van ons universum zou dan slechts een gastvrij pocketuniversum zijn, een regio waar de inflatie is gestopt en sterren en sterrenstelsels zijn gevormd.

"De gebruikelijke theorie van eeuwige inflatie voorspelt dat ons universum wereldwijd een oneindige fractal is, met een mozaïek van verschillende pocketuniversums, gescheiden door een opblazende oceaan, " zei Hawking in een interview afgelopen herfst. "De lokale wetten van de natuurkunde en scheikunde kunnen verschillen van het ene zakuniversum tot het andere, die samen een multiversum zouden vormen. Maar ik ben nooit een fan geweest van het multiversum. Als de schaal van verschillende universums in het multiversum groot of oneindig is, kan de theorie niet worden getest. "

In hun nieuwe krant Hawking en Hertog zeggen dat dit verslag van eeuwige inflatie als een theorie van de oerknal verkeerd is. "Het probleem met de gebruikelijke beschrijving van eeuwige inflatie is dat het een bestaand achtergronduniversum aanneemt dat evolueert volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein en de kwantumeffecten behandelt als kleine fluctuaties daaromheen, "zei Hertog. "Echter, de dynamiek van eeuwige inflatie vernietigt de scheiding tussen klassieke en kwantumfysica. Als gevolg hiervan, Einsteins theorie valt uiteen in eeuwige inflatie."

"We voorspellen dat ons universum, op de grootste schaal, is redelijk soepel en globaal eindig. Het is dus geen fractale structuur, ' zei Havik.

De theorie van eeuwige inflatie die Hawking en Hertog naar voren brachten, is gebaseerd op de snaartheorie:een tak van de theoretische fysica die de zwaartekracht en de algemene relativiteitstheorie probeert te verzoenen met de kwantumfysica, gedeeltelijk door de fundamentele bestanddelen van het universum te beschrijven als minuscule trillende snaren. Hun aanpak maakt gebruik van het snaartheorieconcept van holografie, die stelt dat het universum een ​​groot en complex hologram is:de fysieke realiteit in bepaalde 3D-ruimten kan wiskundig worden gereduceerd tot 2D-projecties op een oppervlak.

Hawking en Hertog ontwikkelden een variatie op dit concept van holografie om de tijdsdimensie in eeuwige inflatie te projecteren. Dit stelde hen in staat eeuwige inflatie te beschrijven zonder afhankelijk te zijn van de theorie van Einstein. In de nieuwe theorie eeuwige inflatie wordt teruggebracht tot een tijdloze staat die aan het begin van de tijd op een ruimtelijk oppervlak is gedefinieerd.

"Als we de evolutie van ons universum terug in de tijd volgen, op een gegeven moment komen we op de drempel van eeuwige inflatie, waar onze vertrouwde notie van tijd geen betekenis meer heeft, ’ zei Hertog.

Hawkings eerdere 'geen grenstheorie' voorspelde dat als je teruggaat in de tijd naar het begin van het heelal, het heelal krimpt en sluit zich af als een bol, maar deze nieuwe theorie vertegenwoordigt een stap verwijderd van het eerdere werk. "Nu zeggen we dat er een grens is in ons verleden, ’ zei Hertog.

Hertog en Hawking gebruikten hun nieuwe theorie om betrouwbaardere voorspellingen te doen over de globale structuur van het heelal. Ze voorspelden dat het universum dat voortkomt uit eeuwige inflatie op de grens van het verleden eindig en veel eenvoudiger is dan de oneindige fractale structuur die werd voorspeld door de oude theorie van eeuwige inflatie.

hun resultaten, indien bevestigd door verder werk, zou verstrekkende gevolgen hebben voor het multiversumparadigma. "We zijn niet gebonden aan een enkele, uniek universum, maar onze bevindingen impliceren een significante vermindering van het multiversum, naar een veel kleiner aantal mogelijke universums, ' zei Havik.

Dit maakt de theorie meer voorspellend en toetsbaar.

Hertog is nu van plan de implicaties van de nieuwe theorie te bestuderen op kleinere schalen die binnen het bereik van onze ruimtetelescopen liggen. Hij gelooft dat oer-gravitatiegolven - rimpelingen in de ruimtetijd - die worden gegenereerd bij het verlaten van de eeuwige inflatie, het meest veelbelovende "rokende geweer" vormen om het model te testen. De uitdijing van ons heelal sinds het begin betekent dat dergelijke zwaartekrachtsgolven zeer lange golflengten zouden hebben, buiten het bereik van de huidige LIGO-detectoren. Maar ze kunnen worden gehoord door het geplande Europese observatorium voor zwaartekrachtgolven in de ruimte, LISA, of gezien in toekomstige experimenten die de kosmische microgolfachtergrond meten.