Wijlen natuurkundige Stephen Hawking heeft tijdens zijn leven een enorme bijdrage geleverd aan de kosmologie, maar hij slaagde er niet helemaal in om alle mysteries van het universum op te lossen. Nu is een van de laatste artikelen waaraan hij ooit heeft gewerkt gepubliceerd - en het introduceert een aantal nieuwe ideeën over de grootte en vorm van de kosmos. Maar wat zegt het onderzoek eigenlijk en hoe belangrijk zijn de bevindingen?

Ons conventionele beeld van de kosmologie is dat ons universum begon met een oerknal en daarna een periode van zeer snelle uitdijing had, inflatie genoemd. Hierdoor ontstonden de zaden van de grote, glad (ish) universum waarin we vandaag leven. Het probleem is, inflatie heeft de neiging om een ​​probleem te hebben met stoppen.

Dit komt omdat inflatie in het vroege heelal feitelijk werd beheerst door de vreemde regels van de kwantummechanica, waardoor het zich op onverwachte manieren gedraagt. Bijvoorbeeld, volgens de kwantummechanica, deeltjes kunnen willekeurig uit vacuüm ontstaan ​​om vervolgens weer te verdwijnen - een gril die bekend staat als een kwantumfluctuatie. Toegepast op het vroege heelal, kwantumfluctuaties kunnen ertoe hebben geleid dat sommige delen van het universum plotseling sneller zijn opgeblazen dan andere.

Dit betekent dat de meeste expliciete beschrijvingen van inflatie het kenmerk hebben dat, hoewel de inflatie in sommige regio's kan eindigen, het gaat door in anderen, zodat het universum in het algemeen "eeuwig opblaast". Dit betekent dat we in een klein zakje van een "multiversum" van parallelle universums zouden moeten leven, waarin de inflatie is gestopt en sterren zijn gevormd. Echter, het algemene multiversum creëert voortdurend nieuwe en opblazende universums, groeien als een fractal.

Zo'n universum zou erg ongelijk zijn - en dit is het aspect waar Hawking's paper naar kijkt. Als we ons het universum voorstellen als een ballon, het snel opblazen van de ballon zou uniform opblazen zijn. Maar eeuwig opblazen zou lijken alsof een klein stukje van de ballon plotseling niet meer elastisch was, en zou niet meer uitbreiden. Aangezien de rest van de ballon nog steeds uitzet, dit zou over het algemeen een zeer stekelig oppervlak geven.

De theorieën over eeuwige inflatie en het multiversum zijn krachtig omdat ze heel gemakkelijk het bestaan ​​van bewuste wezens zoals wij kunnen verklaren wanneer ze worden gekoppeld aan het 'antropische principe'. Dit zegt in wezen dat om leven te laten bestaan, het universum moet vrij dicht bij het universum zijn waarin we leven. Bijvoorbeeld - als er geen planeten zijn gevormd, dan is het moeilijk in te zien hoe het leven zou kunnen bestaan, of ten minste, om Star Trek te parafraseren - het leven zoals we het kennen.

Als er maar één universum is, het zou vrij onwaarschijnlijk zijn dat het net zo was geworden als het onze. Echter, als er een oneindig aantal universums is, het is logisch dat ten minste één van hen leven zou bevatten.

oneindigheid temmen

Maar is dit voldoende voor een verklaring van de kosmos? Ten slotte, we hebben nog nooit een van deze oneindige parallelle universums gezien. In de nieuwe krant gepubliceerd in het Journal of High Energy Physics, Hawking en zijn collega Thomas Herzog van de KU Leuven Universiteit in België gebruiken een speelgoedmodel voor ons universum om de structuur ervan te onderzoeken.

Ze gebruiken een techniek die bekend staat als holografie - het wiskundig reduceren van driedimensionale ruimten tot tweedimensionale projecties op een oppervlak - om te proberen te berekenen hoe het universum eruit ziet. Het verbergen van een hele dimensie maakt het veel gemakkelijker om dergelijke modellen te maken. Rekening houdend met de mogelijkheid van willekeurige kwantumfluctuaties, ze kijken naar de waarschijnlijkheid dat het multiversum lijkt op een stekelige ballon versus dat het gladder van vorm is, en ontdek dat het universum het liefst glad is. Dit suggereert dat eeuwige inflatie misschien niet de gewenste uitkomst is die wetenschappers oorspronkelijk dachten.

In plaats daarvan, het duo stelt dat het multiversum verre van oneindig is, hoewel er waarschijnlijk meer dan één universum is. Maar het bestaan ​​van een kleiner aantal mogelijke parallelle universums is veel te verkiezen boven een oneindig aantal - het betekent dat we kunnen proberen vast te stellen wat en waar ze zijn. We zouden ook kunnen onderzoeken of ze sporen hebben achtergelaten in de straling die is overgebleven van de oerknal, waardoor de theorie veel gemakkelijker te testen is.

Hoewel dit slechts een speelgoedmodel is, het direct aanpakken van de notie van eeuwige inflatie in een meer kwantumkosmologische setting is nieuw en fascinerend. Of Hertog deze ideeën nu kan uitwerken in een voorspelling voor het zoeken naar tekenen van andere universums, valt nog te bezien.

Hoewel dit Hawking's laatst geposte artikel is, hij werkte tegen het einde van zijn leven ook aan vele andere theorieën. Bijvoorbeeld, samen met kosmologen Malcolm Perry, van de Universiteit van Cambridge, en Andy Strominger, van de Harvard-universiteit, hij probeerde erachter te komen of fysieke informatie permanent in een zwart gat zou kunnen verdwijnen - een vraag die door zijn eerdere onderzoek werd opgeworpen. Verder werk van deze samenwerking zal worden gepubliceerd, dus we hebben het laatste van Hawking nog niet gehoord.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.