Stephen Hawking é (quase) último papel: colocar um fim para o início do universo

Quando Stephen Hawking, morreu em 14 de Março, o famoso físico teórico tinha alguns papéis ainda em obras. Hoje, o Journal of High Energy Physics publicou seu último trabalho em cosmologia – a ciência de como o universo surgiu e evoluiu. (Outros documentos sobre buracos negros ainda estão sendo preparados., No novo artigo, Hawking e Thomas Hertog, um físico teórico da Universidade Católica de Lovaina (KU) na Bélgica, tentam colocar um pin em um conceito bizarro chamado inflação eterna, o que implica—inevitavelmente, de acordo com alguns físicos—que nosso universo é apenas um de infinitamente muitos em um multiverso. Usando um conceito da teoria das cordas, Hawking e Hertog argumentam que não há inflação eterna e apenas um universo. Mas o que eles estão dirigindo é algo ainda mais básico: eles estão afirmando que nosso universo nunca teve um momento singular de criação.,como funciona o argumento? Siga seu fio sinuoso até o fim do começo.

vamos começar com o básico: o que é a inflação cósmica?

a inflação cósmica é um enorme surto de crescimento que supostamente esticou o universo infantil durante a primeira fracção menor de um segundo. Sonhado em 1979 pelo teórico americano Alan Guth, a inflação sustenta que logo após o big bang, o espaço estendeu-se exponencialmente, dobrando o tamanho do universo uma e outra vez pelo menos 60 vezes antes de abrandar dramaticamente.porque é que os cosmólogos acreditariam em algo tão bizarro?,

A inflação resolve um grande quebra-cabeça: por que o universo é tão uniforme? Por exemplo, o espaço é cheio de radiação que se prolonga do Big bang, o fundo cósmico de microondas (CMB). Tem quase exactamente a mesma temperatura em todo o lado no céu. Isso é estranho, como pontos amplamente separados parecem à primeira vista estar longe demais para qualquer influência chegar de um para o outro ao longo dos 13,8 bilhões de anos que o universo tem estado ao redor. A inflação resolve esse quebra-cabeça, implicando que todos os pontos no céu começaram perto o suficiente para interagir, e então foram esticados muito longe.,é isso que toda a inflação faz?ironicamente, a inflação também faz um grande trabalho explicando por que o universo não é completamente uniforme. Obviamente, o espaço está repleto de galáxias. De acordo com a teoria, a inflação esticou as flutuações quânticas infinitesimais naqueles primeiros momentos para o tamanho extragaláctico. As flutuações então produziram variações na sopa densa de partículas fundamentais que semearam a formação das galáxias. A inflação prevê um espectro particular de flutuações mais longas e mais curtas. Surpreendentemente, estudos do CMB e das galáxias confirmam essa distribuição.,

so what’s eternal inflation?

aqui é onde o conceito de inflação encontra problemas próprios. Os físicos detestam profundamente a ideia de que a inflação pararia repentinamente, sem nenhuma razão em particular., Eles preferem ter um mecanismo que explique o que impulsionou a inflação e depois a fez parar. É por isso que eles presumem que algum tipo de campo quântico o conduziu, antes de peeting out. A idéia é que o campo começa em um estado de “falso vácuo” de energia apenas aproximadamente estável e superior, no qual o espaço se estende exponencialmente. Ele então relaxa para o seu verdadeiro estado de energia mais baixo, no qual o espaço se expande muito mais lentamente.

O cenário funciona um pouco bem demais, no entanto., A expansão exponencial do falso vácuo produz cada vez mais de si mesmo, então há cada vez mais espaço expandindo a uma velocidade incrivelmente rápida. O nosso universo é um remendo que passou pela transição para o verdadeiro estado de vácuo de baixa energia. Mas essas transições devem acontecer aleatoriamente, então deve haver muitos outros universos também. De fato, o processo deve produzir uma quantidade cada vez maior de espaço que está crescendo a uma taxa exponencial, salpicado com um número infinito de “universos de bolso” crescendo mais lentamente.isso é um problema?depende de quem perguntar., No nível mais básico, a existência de todos esses outros universos não afetaria nosso universo. Estão muito longe para terem alguma ligação com a nossa. Por outro lado, a noção de inflação eterna e um multiverso podem frustrar a iniciativa dos cosmólogos de explicar por que o universo é como é, diz Hertog. Coisas como os valores de certas constantes físicas-chave podem variar aleatoriamente entre os universos de bolso, diz ele, o que tornaria discutível qualquer esforço para explicar por que eles têm os valores que fazem em nosso universo., Eles seriam definidos por acaso, diz Hertog, e isso não é muito satisfatório.então como é que o trabalho de Hawking e Hertog resolvem o problema?Hawking e Hertog argumentam que, de fato, a inflação eterna não ocorre. Para fazer isso, eles usam um conceito da teoria das cordas que lhes permite equacionar dois tipos diferentes de teorias com diferentes dimensionalidades. Em 1997, o teórico Argentino-Americano Juan Maldacena considerou um volume de espaço no qual a gravidade estava trabalhando., Maldacena, que agora está no Instituto de Estudos Avançados de Princeton, Nova Jersey, então demonstrou que a teoria era equivalente a uma teoria quântica mais fácil de trabalhar na fronteira do espaço que não incluía a gravidade. É como dizer que o que se passa dentro de uma lata de refrigerante pode ser capturado por uma teoria que descreve apenas o que está a acontecer na superfície da lata.a inflação eterna emerge porque, no universo primitivo, as flutuações quânticas no campo que impulsiona a inflação são tão grandes quanto o valor médio do campo., Mas Hawking e Hertog argumentam que sob essas condições não se pode simplesmente continuar com a Teoria Geral da relatividade de Albert Einstein, mas em vez disso deve usar uma manobra como a de Maldacena para ver toda a situação em um espaço com menos dimensão. Nesse espaço alternativo, as coisas são mais tratáveis, afirmam, e a física não leva à inflação eterna. Em vez disso, um único e bem comportado universo se funde.o que é que isto tem a ver com o início do universo?é aí que as coisas ficam interessantes e complicadas., O conceito de equiparar uma teoria a outra em um espaço com uma dimensão menor é conhecido pelos físicos teóricos como holografia. Em seu trabalho, Maldacena equacionou uma teoria para outra em um espaço com uma dimensão espacial a menos. Mas, segundo Hertog, o princípio da holografia permite que os teóricos se livrem da dimensão do tempo. Então, na teoria de Hawking e Hertog, através do princípio da holografia, o universo primitivo deve ser descrito por uma teoria com apenas três dimensões espaciais e sem tempo.mas porque quer livrar-se do tempo?,desde que ficou claro que o universo teve um começo, o momento do seu nascimento tem sido uma dor de cabeça para os teóricos. Falando grosso modo, a Teoria Geral da relatividade de Einstein faz um belo trabalho de explicar as coisas depois do momento do big bang, mas não consegue lidar com o instante da própria criação. Esse momento forma uma “singularidade” no espaço—tempo—como uma função matemática que explode para o infinito-que tropeça na teoria. Então, os teóricos há muito tempo procuram uma maneira de evitar essa singularidade—e perder tempo seria uma maneira de fazer isso.,é um problema que fascinou toda a sua carreira, diz Hertog. Décadas atrás, ele sugeriu uma solução alternativa especulando que no início, o tempo era, grosseiramente falando, dimensional, uma idéia que não se encaixa com o novo trabalho.então é este o fim da inflação eterna e da singularidade do big bang?provavelmente não. Outros irão examinar a invocação de Hawking e Hertog da relação de mudança de dimensão. E mesmo que outros pesquisadores achem que é bom, Ainda há uma grande pergunta a ser respondida, Hertog reconhece., Se os teóricos começam com uma teoria com apenas dimensões espaciais, como é que o tempo finalmente emerge dela? “Deitamos fora um novo paradigma”, diz Hertog, “mas há muito trabalho a ser feito.”

*correção, 3 de Maio, 10: esta história foi atualizada para corrigir o nome do Instituto de Estudos Avançados.