Quizás, tal vez el multiverso no sea tan complicado después de todo, dice el último artículo de Stephen Hawking, y su coautor Thomas Hertog. Mark Garlick / Science Photo Library / Getty Images Días antes de su muerte, el 14 de marzo, El famoso físico teórico y cosmólogo Stephen Hawking completó el que sería su trabajo de investigación final. Inicialmente disponible a través del servicio de preimpresión arXiv, Pasó la revisión por pares y se publicó en línea en el Journal of High Energy Physics el 27 de abril.
Escrito con el coautor Thomas Hertog, físico teórico de la Universidad de Lovaina, Bélgica, el artículo añade otra faceta a la comprensión del universo en el que vivimos. No hace falta decir que Es complicado. Titulado "¿Una salida suave de la inflación eterna?" la publicación analiza un problema enigmático al que se enfrentan los cosmólogos.
Pero antes de profundizar en el meollo del estudio, volvamos a cuando nuestro universo era un bebé, hace unos 13.800 millones de años.
Mucha evidencia sugiere que nuestro universo se originó a partir de una singularidad, un punto infinitamente denso donde nació todo el universo tal como lo conocemos. A ese evento lo llamamos Big Bang. Pero cómo surgió la singularidad y por qué ocurrió el Big Bang no es motivo de preocupación en este momento. Estamos interesados en lo que sucedió inmediatamente después de que se generó nuestro universo, un período conocido como "inflación".
Los cosmólogos predicen que la inflación se produjo durante un período muy pequeño justo después del Big Bang, o durante los primeros diez años de nuestro universo. -32 ¡segundos! Durante la inflación, el universo se expandió exponencialmente y mucho más rápido que la velocidad de la luz. Después de solo un segundo, la energía de esta explosión inconcebiblemente gigantesca se condensó para formar las partículas subatómicas que, durante millones de años, creó las estrellas, galaxias, planetas y (después de 3.800 millones de años) vida. Una vez finalizado este período inflacionario, la tasa de expansión del universo se desaceleró, pero continúa expandiéndose hasta el día de hoy.
Debido a que la inflación impulsó una expansión a la velocidad de la luz, el "universo observable" que vemos hoy no es el completo universo. Más bien, simplemente existimos dentro de una región del cosmos a la que la luz ha tenido tiempo de alcanzar. Es como dejar caer un guijarro en una piscina tranquila. La primera onda circular que se propaga a partir de la salpicadura viaja a una velocidad fija a través de la superficie de la piscina. Si imaginamos que el límite de nuestro universo observable es esa ondulación, que viaja a través de la piscina a la velocidad de la luz, no es que no exista nada más allá de esa ondulación (hay mucha más piscina, o universo, Más allá de eso), simplemente no podemos verlo todavía.
Entonces, la consecuencia de la inflación es que debería haber MUCHO más universo más allá de lo que podemos ver con nuestros telescopios más poderosos.
Esta coliflor ejemplifica un fractal en el mundo natural. Es posible que el multiverso se parezca a un fractal, también. Fuhito Kanayama / The Image Bank / Getty Images Los cosmólogos han estado lidiando durante mucho tiempo con la posibilidad de que nuestro universo no sea el solamente universo. De hecho, podríamos ser nada más que una sola burbuja en un infinito, océano espumoso, un concepto conocido como el "multiverso". Verás, la inflación no ocurrió ni una vez; es siempre sucediendo a través de una reacción en cadena infinitamente vasta conocida como "inflación eterna". Aparecerá un universo, la inflación se hará cargo, expandiendo ese universo, y ese universo tendrá sus propias inestabilidades cuánticas que generarán más singularidades que seguirán creando más universos. Es como inflar un globo de fiesta que a su vez genera muchos otros globos de fiesta que brotan de su superficie de goma aparentemente al azar. Esta situación suena caótica, y es. Los defensores de esta hipótesis piensan que la inflación eterna es imparable, enormemente complejo y continuamente generando nuevos universos. Las matemáticas de esta situación sugieren que el multiverso actúa como un fractal.
Vale la pena señalar que cada universo sucesivo en el multiverso probablemente no comparta la misma física que nuestro universo. Un universo puede no tener gravedad. Otro puede no apoyar las fuerzas que mantienen unida la materia. Hay muchos universos que nacen muertos que simplemente no son mucho. Los seres humanos simplemente tenemos la suerte de tener un universo que tiene el entorno adecuado para crear lo que vemos, un argumento filosófico conocido como el principio antrópico.
El problema con la inflación eterna es que es desordenado e infinito, y la hipótesis es, por último, incontrolable. ¿De qué sirve tener un modelo matemático maravilloso para el universo (o universos) si al menos no podemos encontrar alguna evidencia observacional que apoye la hipótesis del multiverso?
Entonces, ¿Qué tiene que ver la investigación de Hawking y Hertog con este implacable multiverso?
En el multiverso nuestro universo es simplemente un universo de bolsillo donde la inflación ha terminado, y, a pesar de las probabilidades, encontró la calma para crear una abundancia de estrellas y galaxias y un grupo de humanos viviendo en alguna roca al azar reflexionando sobre el cosmos. Lo que está pasando más allá de nuestro bolsillo de calma es sin embargo, algo diferente.
"La teoría habitual de la inflación eterna predice que globalmente nuestro universo es como un fractal infinito, con un mosaico de diferentes universos de bolsillo, separados por un océano que se infla, ", dijo Hawking en una entrevista el año pasado." Las leyes locales de la física y la química pueden diferir de un universo de bolsillo a otro, que juntos formarían un multiverso. Pero nunca he sido fanático del multiverso. Si la escala de diferentes universos en el multiverso es grande o infinita, la teoría no puede ser probada ".
El problema, según Hawking y Hertog, radica en la incompatibilidad de la relatividad general de Einstein (que gobierna la evolución del universo) y la mecánica cuántica (que siembra la creación de nuevos universos a través de fluctuaciones cuánticas). El modelo de inflación eterna del multiverso "borra la separación entre la física clásica y la cuántica, ", Dijo Hertog en el comunicado de prensa adjunto." Como consecuencia, La teoría de Einstein se derrumba en la inflación eterna ".
Su estudio no llega tan lejos como reconciliar la relatividad general con la física cuántica (una búsqueda que tiene, hasta aquí, no ha tenido éxito), pero utilizan las matemáticas de la teoría de cuerdas para ayudar a simplificar el modelo del multiverso. Resumen rápido:la teoría de cuerdas predice que todas las partículas subatómicas de nuestro universo están compuestas de hecho por cuerdas unidimensionales que se propagan por el espacio. El estado vibratorio de estas cuerdas es lo que le da a estas partículas su estado cuántico (como carga, giro y masa). Pero la teoría de cuerdas también predice la existencia del hipotético gravitón, una partícula cuántica que porta la fuerza de la gravedad. Por lo tanto, la teoría de cuerdas proporcionaría una explicación de cómo la relatividad general (gravedad) de Einstein concuerda con la física cuántica.
Usando el marco matemático de la teoría de cuerdas, este estudio simplifica el multiverso. Hawking y Hertog utilizaron el concepto de holografía de la teoría de cuerdas para reducir nuestro universo tridimensional a una "superficie bidimensional, "desde el cual se proyecta el universo que conocemos y amamos. Al hacer esto, pudieron describir la inflación eterna sin relatividad general, creando un "estado atemporal".
"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 en un comunicado.
Las matemáticas son complejas pero el resultado es interesante. Los cálculos tienen el efecto de convertir el multiverso infinito y fractal en una situación mucho más simple (y finita) de lo que predice la inflación eterna.
"No nos quedamos con un solo, universo único, pero nuestros hallazgos implican una reducción significativa del multiverso, a una gama mucho más pequeña de universos posibles, "dijo Hawking.
Para ponerlo en perspectiva, El artículo final de Hawking no revoluciona nuestra comprensión de cómo el universo (y, Por supuesto, el multiverso) funciona, pero es una valiosa adición a un enorme campo de trabajo teórico. Específicamente, Hertog espera que este estudio pueda ayudarnos a buscar ondas gravitacionales antiguas que fueron generadas por la inflación eterna. Estas ondas en el espacio-tiempo son demasiado débiles para que las detecten los detectores de ondas gravitacionales actuales. sin embargo. Tendríamos que esperar hasta que se lancen los observatorios espaciales avanzados, como la misión LISA de la Agencia Espacial Europea planificada.
Representación de un artista del LISA Pathfinder de la ESA, que se encargará de detectar ondas gravitacionales desde el espacio ESA / C. Carreau Independientemente de si este estudio conduce a descubrimientos revolucionarios sobre el cosmos en el que vivimos, es un testimonio de un gran científico que trabajó incansablemente toda su vida para responder algunas de las preguntas más importantes que la humanidad ha planteado. Y sobre los hombros de Hawking, otras grandes mentes se basarán en este trabajo para, con suerte, descifrar si nuestro universo es único, o si es una burbuja que flota caóticamente en el océano del multiverso.
Eso es interesanteEl estudiante graduado de la Universidad de Princeton de 27 años llamado Hugh Everett III, que hizo una lluvia de ideas sobre el concepto del multiverso, inicialmente tuvo problemas para publicar su idea loca.
