Stephen Hawking e (aproape) ultimul hârtie: să pună capăt începutul universului

atunci Când Stephen Hawking a murit pe 14 Martie, faimosul fizician avut câteva lucrări încă în lucru. Astăzi, Journal of High Energy Physics a publicat ultima sa lucrare în cosmologie-știința modului în care universul a apărut și a evoluat. (Alte lucrări despre găurile negre sunt încă în curs de pregătire.,) În noua lucrare, Hawking și Thomas Hertog, fizician teoretic la Universitatea Catolică din Leuven (KU) din Belgia, încearcă să lipească un ac într—un concept bizar numit inflație eternă, ceea ce implică—inevitabil, potrivit unor fizicieni-că universul nostru este doar unul dintre infinit de mulți într-un multiverse. Împrumutând un concept din teoria corzilor, Hawking și Hertog susțin că nu există o inflație veșnică și un singur univers. Dar ceea ce conduc ei este ceva și mai de bază: ei pretind că universul nostru nu a avut niciodată un moment singular de creație.,

cum funcționează argumentul? Urmați firul său de înfășurare până la sfârșitul începutului.să începem cu elementele de bază: ce este inflația cosmică?inflația cosmică este un impuls de creștere monumental care se presupune că a întins universul infantil în prima cea mai mică fracțiune de secundă. Visat în 1979 de teoreticianul american Alan Guth, inflația susține că imediat după big bang, spațiul s-a întins exponențial, dublând dimensiunea universului din nou și din nou de cel puțin 60 de ori înainte de a încetini dramatic.de ce ar crede cosmologii în ceva atât de bizar?,inflația rezolvă un puzzle major: de ce este universul atât de uniform? De exemplu, spațiul este umplut radiații lungite de la big bang, fundalul cosmic microunde (CMB). Are aproape exact aceeași temperatură peste tot pe cer. Este ciudat, deoarece punctele larg separate par la prima vedere prea îndepărtate pentru ca orice influență să ajungă de la unul la altul în cei 13, 8 miliarde de ani în care universul a fost în jur. Inflația rezolvă acest puzzle implicând că toate punctele de pe cer au început destul de aproape pentru a interacționa și apoi au fost întinse departe.,

este că toate inflația nu?în mod ironic, inflația face, de asemenea, o treabă excelentă de a explica de ce universul nu este complet uniform. Evident, spațiul este împânzit de galaxii. Conform teoriei, inflația a întins fluctuațiile cuantice infinitezimale în acele prime momente până la dimensiunea extragalactică. Fluctuațiile au produs apoi variații în supa densă a particulelor fundamentale care au însămânțat formarea galaxiilor. Inflația prezice un anumit spectru de fluctuații mai lungi și mai scurte. În mod izbitor, studiile CMB și ale galaxiilor confirmă această distribuție.,

Deci, ce este inflația eternă?iată unde conceptul de inflație se confruntă cu probleme proprii. Fizicienii nu-i plac profund ideea că inflația s-ar opri brusc, fără niciun motiv anume., Ar prefera să aibă un mecanism care să explice ce a determinat inflația și apoi a determinat-o să se oprească. De aceea, ei presupun un fel de câmp cuantic a condus-o, înainte de petering afară. Ideea este că câmpul începe într-o stare de „vid fals” aproximativ stabilă, cu energie mai mare, în care spațiul se întinde exponențial. Apoi se relaxează la adevărata sa stare de energie cea mai scăzută, în care spațiul se extinde mult mai lent.

scenariul funcționează un pic prea bine, cu toate acestea., Vidul fals în expansiune exponențială produce din ce în ce mai mult din el însuși, deci există tot mai mult spațiu care se extinde într-un ritm incredibil de rapid. Universul nostru este un plasture care a suferit trecerea la starea de vid adevărat cu energie redusă. Dar astfel de tranziții ar trebui să se întâmple la întâmplare, deci ar trebui să existe și multe alte universuri. De fapt, procesul ar trebui să producă o cantitate din ce în ce mai mare de spațiu care crește într-o rată exponențială, presărată cu un număr infinit de „universuri de buzunar” care cresc mai lent.

este o problemă?

depinde de cine întrebi., La nivelul cel mai de bază, existența tuturor acestor alte universuri nu ar afecta universul nostru. Sunt prea departe pentru a avea vreo legătură cu a noastră. Pe de altă parte, noțiunea de inflație veșnică și un multivers poate împiedica întreaga întreprindere a cosmologilor de a explica de ce universul este așa cum este, spune Hertog. Lucruri precum valorile anumitor constante fizice cheie ar putea varia aleatoriu între universurile de buzunar, spune el, ceea ce ar face orice efort pentru a explica de ce au valorile pe care le fac în universul nostru., Acestea ar fi stabilite întâmplător, spune Hertog, și asta nu este foarte satisfăcător.deci ,cum rezolvă lucrarea lui Hawking și Hertog problema?Hawking și Hertog susțin că, de fapt, inflația veșnică nu are loc. Pentru a face acest lucru, ei împrumută un concept din teoria corzilor care le permite să echivaleze două tipuri diferite de teorii cu dimensionalități diferite. În 1997, teoreticianul Argentino-American Juan Maldacena a considerat un volum de spațiu în care gravitația era la lucru., Maldacena, care este acum la Institutul pentru Studii Avansate din Princeton, New Jersey, a demonstrat apoi că teoria era echivalentă cu o teorie cuantică mai ușor de lucrat la limita spațiului care nu includea gravitația. Este ca și cum ai spune că orice se întâmplă în interiorul unei cutii de sodă poate fi capturat de o teorie care descrie doar ceea ce se întâmplă pe suprafața cutiei.inflația eternă apare deoarece, în universul foarte timpuriu, fluctuațiile cuantice din câmp care determină inflația sunt la fel de mari ca valoarea medie a câmpului., Dar Hawking și Hertog susțin că în aceste condiții nu se poate pur și simplu continua cu teoria generală a relativității lui Albert Einstein, ci trebuie să folosească o manevră precum cea a lui Maldacena pentru a vedea întreaga situație într-un spațiu cu o dimensiune mai mică. În acel spațiu alternativ, lucrurile sunt mai tractabile, susțin ei, iar fizica nu duce la inflație eternă. În schimb, un singur univers bine comportat se contopește.deci, ce legătură are asta cu începutul universului?aici lucrurile devin interesante-și complicate., Conceptul de echivalare a unei teorii cu alta într-un spațiu cu o dimensiune mai mică este cunoscut Fizicienilor teoreticieni ca holografie. În lucrarea sa, Maldacena a echivalat o teorie cu alta într-un spațiu cu o dimensiune mai puțin spațială. Dar, susține Hertog, principiul holografiei permite teoreticienilor să renunțe la dimensiunea timpului. Deci, în teoria lui Hawking și Hertog, prin principiul holografiei, universul foarte timpuriu ar trebui descris printr-o teorie cu doar trei dimensiuni spațiale și fără timp.dar de ce ai vrea să scapi de timp?,de când a devenit clar că universul a avut un început, momentul nașterii sale a fost o durere de cap pentru teoreticieni. Aproximativ vorbind, Teoria generală a relativității lui Einstein face o treabă bună de a explica lucrurile după momentul big bang-ului, dar nu poate face față momentului creației în sine. Acel moment formează o „singularitate” în spațiu—timp—ca o funcție matematică care explodează la infinit-care împiedică teoria. Deci teoreticienii au căutat mult timp o modalitate de a evita această singularitate—și pierderea timpului ar fi o modalitate de a face asta.,este o problemă care l-a fascinat pe Hawking întreaga sa carieră, spune Hertog. Cu zeci de ani în urmă, el a sugerat o soluție alternativă speculând că, la început, timpul era, grosolan vorbind, dimensional, o idee care nu se potrivește cu noua lucrare.deci, acesta este sfârșitul pentru inflația veșnică și singularitatea big bang?probabil că nu. Alții vor examina invocarea lui Hawking și a lui Hertog a relației care Schimbă dimensiunea. Și chiar dacă alți cercetători consideră că este sunet, există încă o întrebare majoră care trebuie răspunsă, recunoaște Hertog., Dacă teoreticienii încep cu o teorie cu doar dimensiuni spațiale, cum iese în sfârșit timpul din ea? „Am aruncat o nouă paradigmă”, spune Hertog, ” dar sunt multe de făcut.”

*Correction, 3 May, 10 A.M.: This story has been updated to correct the name of the Institute for Advanced Study.