Sådan forstår du en af ​​Stephen Hawkings afsluttende papirer - ifølge en ekspert

Den afdøde fysiker Stephen Hawking ydede et enormt bidrag til kosmologien i løbet af sin levetid, men han formåede ikke helt at løse alle universets mysterier. Nu er et af de sidste artikler, han nogensinde har arbejdet på, blevet offentliggjort - og det introducerer nogle nye ideer om størrelsen og formen af ​​kosmos. Men hvad siger forskningen egentlig, og hvor vigtige er resultaterne?

Vores konventionelle billede af kosmologi er, at vores univers startede med et Big Bang og derefter havde en periode med meget hurtig ekspansion, kendt som inflation. Dette skabte frøene til de store, glatte univers, vi lever i i dag. Problemet er, inflation har tendens til at have et problem med at stoppe.

Dette skyldes, at inflationen i det tidlige univers faktisk var styret af kvantemekanikkens mærkelige regler, få det til at opføre sig på uventede måder. For eksempel, ifølge kvantemekanikken, partikler kan dukke op fra vakuum tilfældigt for så at forsvinde igen - en særhed kendt som en kvanteudsving. Anvendt på det tidlige univers, kvanteudsving kunne have fået nogle dele af universet til pludselig at begynde at puste op hurtigere end andre.

Det betyder, at de fleste af de eksplicitte beskrivelser af inflation har det træk, at mens inflationen kan ende i nogle regioner, det fortsætter i andre, så universet "evigt oppustes" samlet set. Det betyder, at vi bør leve i en lille lomme af et "multivers" af parallelle universer, hvor inflationen er stoppet og stjerner er dannet. Imidlertid, det overordnede multivers skaber konstant nye og oppustede universer, vokser som en fraktal.

Sådan et univers ville være meget ujævnt – og det er det aspekt, som Hawkings papir ser på. Hvis vi forestiller os universet som en ballon, at blæse ballonen hurtigt op ville være ensartet oppustning. Men evig oppustning ville se ud som om en lille plet af ballonen pludselig var holdt op med at være elastisk, og ville ikke længere udvide. I betragtning af at resten af ​​ballonen stadig udvider sig, dette ville generelt give en meget spids overflade.

Teorierne om evig inflation og multiverset er magtfulde, da de ganske bekvemt kan forklare eksistensen af ​​bevidste væsener som os selv, når de kombineres med det "antropiske princip". Dette siger i bund og grund, at for at liv kan eksistere, universet skal være ret tæt på det, vi lever i. For eksempel – hvis planeter ikke blev dannet, så er det svært at se, hvordan livet kunne eksistere, eller i det mindste, for at parafrasere Star Trek – livet, som vi kender det.

Hvis der kun er ét univers, det ville være ret usandsynligt, at det var blevet ligesom vores eget. Imidlertid, hvis der er et uendeligt antal universer, det giver mening, at mindst én af dem ville indeholde liv.

Tæmme uendeligheden

Men er dette nok en forklaring på kosmos? Trods alt, vi har aldrig set nogen af ​​disse uendelige parallelle universer. I det nye blad, offentliggjort i Journal of High Energy Physics, Hawking og hans kollega Thomas Herzog fra KU Leuven University i Belgien bruger en legetøjsmodel til vores univers til at undersøge dets struktur.

De bruger en teknik kendt som holografi - reducerer tredimensionelle rum matematisk til todimensionelle projektioner på en overflade - for at forsøge at beregne, hvordan universet ser ud. At skjule en hel dimension gør det meget nemmere at lave sådan modellering. Under hensyntagen til muligheden for tilfældige kvanteudsving, de ser på sandsynligheden for, at multiverset er som en spids ballon i forhold til, at det har en glattere form, og opdage, at universet foretrækker at være glat. Dette tyder på, at evig inflation måske ikke faktisk er det foretrukne resultat, videnskabsmænd oprindeligt troede.

I stedet, duoen hævder, at multiverset er langt fra uendeligt, selvom der sandsynligvis vil være mere end blot ét univers derude. Men eksistensen af ​​et mindre antal mulige parallelle universer er meget at foretrække frem for et uendeligt antal - det betyder, at vi kunne prøve at fastlægge, hvad og hvor de er. Vi kunne også undersøge, om de har efterladt aftryk i den stråling, der er tilbage fra Big Bang, gør teorien meget nemmere at afprøve.

Selvom dette kun er en legetøjsmodel, Det er nyt og fascinerende at adressere forestillingen om evig inflation direkte i en mere kvantekosmologisk ramme. Hvorvidt Hertog nu kan udmønte disse ideer til en forudsigelse for, hvordan man leder efter tegn på andre universer, er endnu uvist.

Selvom dette er Hawkings sidst postede papir, han arbejdede også på mange andre teorier mod slutningen af ​​sit liv. For eksempel, sammen med kosmologerne Malcolm Perry, fra University of Cambridge, og Andy Strominger, fra Harvard University, han forsøgte at finde ud af, om fysisk information permanent kunne forsvinde i et sort hul - et spørgsmål, som hans tidligere forskning havde stillet. Yderligere arbejde fra dette samarbejde vil blive offentliggjort, så vi har ikke hørt det sidste fra Hawking endnu.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.