La teoria finale del professor Stephen Hawking sull'origine dell'universo, cui ha lavorato in collaborazione con il professor Thomas Hertog di KU Leuven, è stato pubblicato oggi su Journal of High Energy Physics .

La teoria, che è stato presentato per la pubblicazione prima della morte di Hawking all'inizio di quest'anno, si basa sulla teoria delle stringhe e predice che l'universo è finito e molto più semplice di quanto affermano molte teorie attuali sul big bang.

Professor Hertog, il cui lavoro è stato sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca, ha annunciato per la prima volta la nuova teoria in una conferenza all'Università di Cambridge nel luglio dello scorso anno, organizzato in occasione del 75° compleanno del Professor Hawking.

Le moderne teorie del big bang prevedono che il nostro universo locale sia nato con una breve esplosione di inflazione - in altre parole, una piccola frazione di secondo dopo il big bang stesso, l'universo si è espanso ad un tasso esponenziale. È opinione diffusa, però, che una volta iniziata l'inflazione, ci sono regioni dove non si ferma mai. Si pensa che gli effetti quantistici possano mantenere l'inflazione per sempre in alcune regioni dell'universo in modo che globalmente, l'inflazione è eterna. La parte osservabile del nostro universo sarebbe quindi solo un ospitale universo tascabile, una regione in cui l'inflazione è finita e si sono formate stelle e galassie.

"La solita teoria dell'inflazione eterna prevede che globalmente il nostro universo sia come un frattale infinito, con un mosaico di diversi universi tascabili, separati da un oceano che si gonfia, "ha detto Hawking in un'intervista lo scorso autunno. "Le leggi locali della fisica e della chimica possono differire da un universo tascabile all'altro, che insieme formerebbero un multiverso. Ma non sono mai stato un fan del multiverso. Se la scala dei diversi universi nel multiverso è grande o infinita, la teoria non può essere verificata. "

Nel loro nuovo documento, Hawking e Hertog dicono che questo resoconto dell'inflazione eterna come teoria del big bang è sbagliato. "Il problema con il solito resoconto dell'inflazione eterna è che presuppone un universo di fondo esistente che si evolve secondo la teoria della relatività generale di Einstein e tratta gli effetti quantistici come piccole fluttuazioni intorno a questo, " disse Hertog. "Tuttavia, la dinamica dell'inflazione eterna cancella la separazione tra fisica classica e quantistica. Come conseguenza, La teoria di Einstein crolla nell'inflazione eterna."

"Prevediamo che il nostro universo, alle scale più grandi, è ragionevolmente liscio e globalmente finito. Quindi non è una struttura frattale, ", ha detto Hawking.

La teoria dell'inflazione eterna avanzata da Hawking e Hertog si basa sulla teoria delle stringhe:una branca della fisica teorica che tenta di conciliare gravità e relatività generale con la fisica quantistica, in parte descrivendo i costituenti fondamentali dell'universo come minuscole stringhe vibranti. Il loro approccio utilizza il concetto di teoria delle stringhe di olografia, che postula che l'universo sia un ologramma grande e complesso:la realtà fisica in certi spazi 3D può essere matematicamente ridotta a proiezioni 2D su una superficie.

Hawking e Hertog hanno sviluppato una variazione di questo concetto di olografia per proiettare la dimensione temporale nell'inflazione eterna. Ciò ha permesso loro di descrivere l'inflazione eterna senza dover fare affidamento sulla teoria di Einstein. Nella nuova teoria, l'inflazione eterna è ridotta a uno stato senza tempo definito su una superficie spaziale all'inizio del tempo.

"Quando tracciamo l'evoluzione del nostro universo a ritroso nel tempo, ad un certo punto arriviamo alla soglia dell'inflazione eterna, dove la nostra nozione familiare di tempo cessa di avere significato, " disse Hertog.

La precedente "teoria senza confini" di Hawking prevedeva che se si torna indietro nel tempo all'inizio dell'universo, l'universo si restringe e si chiude come una sfera, ma questa nuova teoria rappresenta un passo avanti rispetto al lavoro precedente. "Ora stiamo dicendo che c'è un confine nel nostro passato, " disse Hertog.

Hertog e Hawking hanno usato la loro nuova teoria per ricavare previsioni più affidabili sulla struttura globale dell'universo. Hanno predetto che l'universo che emerge dall'inflazione eterna sul confine passato è finito e molto più semplice della struttura frattale infinita prevista dalla vecchia teoria dell'inflazione eterna.

I loro risultati, se confermato da ulteriori lavori, avrebbe implicazioni di vasta portata per il paradigma del multiverso. "Non siamo ridotti a un singolo, universo unico, ma i nostri risultati implicano una significativa riduzione del multiverso, a una gamma molto più piccola di possibili universi, ", ha detto Hawking.

Questo rende la teoria più predittiva e verificabile.

Hertog ora prevede di studiare le implicazioni della nuova teoria su scale più piccole che siano alla portata dei nostri telescopi spaziali. Ritiene che le onde gravitazionali primordiali - increspature nello spazio-tempo - generate all'uscita dall'inflazione eterna costituiscano la "pistola fumante" più promettente per testare il modello. L'espansione del nostro universo dall'inizio significa che tali onde gravitazionali avrebbero lunghezze d'onda molto lunghe, fuori dalla portata degli attuali rilevatori LIGO. Ma potrebbero essere ascoltati dal pianificato osservatorio spaziale europeo di onde gravitazionali, LISA, o visto in esperimenti futuri che misurano il fondo cosmico a microonde.