Stephen Hawking es visto con razón como uno de los científicos más influyentes de nuestro tiempo. En su tiempo en este planeta, el famoso físico, comunicador científico, autor y luminaria se convirtió en un nombre familiar, sinónimo de personas como Einstein, Newton y Galileo. Lo que es aún más impresionante es el hecho de que logró mantener su compromiso con la ciencia, la educación y los esfuerzos humanitarios a pesar de sufrir una enfermedad lenta y degenerativa.
Aunque Hawking falleció recientemente, su influencia aún se siente. Poco antes de su muerte, Hawking presentó un documento que ofrece su teoría final sobre los orígenes del Universo. El documento, que se publicó a principios de esta semana (el miércoles 2 de mayo), ofrece una nueva versión de la teoría del Big Bang que podría revolucionar la forma en que pensamos sobre el Universo, cómo se creó y cómo evolucionó.
El artículo, titulado "¿Una salida suave de la inflación eterna?", Fue publicado en el Revista de Física de Alta Energía.La teoría se anunció por primera vez en una conferencia en la Universidad de Cambridge en julio del año pasado, donde el profesor Thomas Hertog (físico belga de la Universidad KU Leuven) compartió el artículo de Hawking (que fue coautor de Hertog) con motivo de su 75 cumpleaños.
Según el consenso científico actual, toda la materia actual y pasada en el Universo surgió al mismo tiempo, hace aproximadamente 13.8 mil millones de años. En este momento, toda la materia se compactaba en una bola muy pequeña con densidad infinita y calor intenso. De repente, esta bola comenzó a inflarse a un ritmo exponencial, y el Universo tal como lo conocemos comenzó.
Sin embargo, se cree ampliamente que desde que comenzó esta inflación, los efectos cuánticos lo mantendrán para siempre en algunas regiones del Universo. Esto significa que a nivel mundial, la inflación del Universo es eterna. A este respecto, la parte observable de nuestro Universo (que mide 13.800 millones de años luz en cualquier dirección) es solo una región en la que la inflación ha terminado y se han formado estrellas y galaxias.
Como Hawking explicó en una entrevista con la Universidad de Cambridge el otoño pasado:
“La teoría habitual de la inflación eterna predice que globalmente nuestro universo es como un fractal infinito, con un mosaico de universos de bolsillo diferentes, separados por un océano inflado. Las leyes locales de física y química pueden diferir de un universo de bolsillo a otro, lo que en conjunto formaría 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 se puede probar. "
En su nuevo artículo, Hawking y Hertog ofrecen una nueva teoría que predice que el Universo no es un multiverso infinito similar a un fractal, sino que es finito y razonablemente suave. En resumen, teorizan que la inflación eterna, como parte de la teoría del Big Bang, está mal. Como explicó Hertog:
"El problema con la explicación habitual de la inflación eterna es que supone un universo de fondo existente que evoluciona de acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein y trata los efectos cuánticos como pequeñas fluctuaciones en torno a esto". Sin embargo, la dinámica de la inflación eterna elimina la separación entre la física clásica y la física cuántica. Como consecuencia, la teoría de Einstein se rompe en la inflación eterna ".
En contraste con esto, Hawking y Hertog ofrecen una explicación basada en la teoría de cuerdas, una rama de la física teórica que intenta unificar la relatividad general con la física cuántica. Esta teoría fue propuesta para explicar cómo interactúa la gravedad con las otras tres fuerzas fundamentales del Universo (fuerzas nucleares débiles y fuertes y electromagnetismo), produciendo así una Teoría del Todo (ToE).
En pocas palabras, esta teoría describe los componentes fundamentales del Universo como pequeñas cuerdas vibratorias unidimensionales. El enfoque de Hawking y Hertog utiliza el concepto de holografía de la teoría de cuerdas, que postula que el Universo es un holograma grande y complejo. En esta teoría, la realidad física en ciertos espacios 3D puede reducirse matemáticamente a proyecciones 2D en una superficie.
Juntos, Hawking y Hertog desarrollaron una variación de este concepto para proyectar la dimensión del tiempo en la inflación eterna. Esto les permitió describir la inflación eterna sin tener que depender de la Relatividad General, reduciendo así la inflación a un estado atemporal definido en una superficie espacial al comienzo del tiempo. A este respecto, la nueva teoría representa un cambio con respecto al trabajo anterior de Hawking sobre "teoría sin límites".
También conocida como la Propuesta Hartle and Hawking No Bounary, esta teoría consideraba al Universo como una partícula cuántica, asignándole una función de onda que describía todos los Universos posibles. Esta teoría también predijo que si regresas en el tiempo al comienzo del Universo, se reduciría y se cerraría como una esfera. Por último, predijo que el Universo finalmente dejaría de expandirse y colapsar sobre sí mismo.
Como explica Hertog, esta nueva teoría es una desviación de ese trabajo anterior:
“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. Ahora estamos diciendo que hay un límite en nuestro pasado ".
Usando esta teoría, Hawking y Hertog pudieron obtener predicciones más confiables sobre la estructura global del Universo. Además, un Universo que se prevé que emerja de la inflación eterna en el límite pasado también es finito y mucho más simple. Por último, pero no menos importante, la teoría es más predictiva y comprobable que el Multiverso infinito predicho por la antigua teoría de la inflación eterna.
"No estamos en un solo universo único, pero nuestros hallazgos implican una reducción significativa del multiverso, a un rango mucho más pequeño de universos posibles", dijo Hawking. En teoría, un Universo finito y suave es uno que podemos observar (al menos localmente) y se regirá por leyes físicas con las que ya estamos familiarizados. En comparación con un número infinito de universos regidos por diferentes leyes físicas, ¡ciertamente simplifica las matemáticas!
Mirando hacia el futuro, Hertog planea estudiar las implicaciones de esta teoría en escalas más pequeñas utilizando datos obtenidos por telescopios espaciales sobre el Universo local. Además, espera aprovechar los estudios recientes sobre ondas gravitacionales (GW) y los muchos eventos que se han detectado. Esencialmente, Hertog cree que los GW primordiales generados a la salida de la inflación eterna son los medios más prometedores para probar el modelo.
Debido a la expansión de nuestro Universo desde el Big Bang, estos GW tendrían longitudes de onda muy largas, que están fuera del rango normal de los detectores de Observación de Ondas Gravitacionales de Interferometría Láser (LIGO) o Virgo. Sin embargo, la Antena Espacial de Interferometría Láser (LISA), un plan dirigido por la ESA para un observatorio de ondas gravitacionales basado en el espacio, y otros experimentos futuros pueden ser capaces de medirlos.
Aunque está más tiempo con nosotros, la teoría final de Hawking podría ser su profunda contribución a la ciencia. Si la investigación futura demuestra que tiene razón, Hawking habrá resuelto uno de los problemas más desalentadores de la astrofísica y la cosmología modernas. ¡Solo un logro más de un hombre que pasó su vida cambiando la forma en que la gente piensa sobre el Universo!
