Domando el Multiverso: La Teoría Final de Stephen Hawking sobre el Big Bang

La teoría, que se presentó para su publicación antes de la muerte de Hawking a principios de este año, se basa en la teoría de cuerdas y predice que el universo es finito y mucho más simple de lo que dicen muchas de las teorías actuales sobre el Big Bang.

El profesor Hertog, cuyo trabajo ha sido apoyado por el Consejo Europeo de Investigación, anunció por primera vez la nueva teoría en una conferencia en la Universidad de Cambridge en julio del año pasado, organizada con motivo del 75º cumpleaños del profesor Hawking.

Las teorías modernas del Big Bang predicen que nuestro universo local comenzó a existir con un breve estallido de inflación, es decir, una pequeña fracción de segundo después del propio Big Bang, el universo se expandió a un ritmo exponencial. Sin embargo, existe la creencia generalizada de que, una vez iniciada la inflación, hay regiones en las que nunca se detiene. Se cree que los efectos cuánticos pueden mantener la inflación para siempre en algunas regiones del universo, de modo que, globalmente, la inflación es eterna. La parte observable de nuestro universo sería entonces sólo un universo de bolsillo hospitalario, una región en la que la inflación ha terminado y se han formado estrellas y galaxias.

"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 pasado otoño. "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 partidario del multiverso. Si la escala de los diferentes universos en el multiverso es grande o infinita, la teoría no puede probarse".

En su nuevo artículo, Hawking y Hertog afirman que este relato de la inflación eterna como teoría del Big Bang es erróneo. "El problema de la explicación habitual de la inflación eterna es que supone un universo de fondo que evoluciona según la teoría de la relatividad general de Einstein y trata los efectos cuánticos como pequeñas fluctuaciones en torno a él", afirma Hertog. "Sin embargo, la dinámica de la inflación eterna elimina la separación entre la física clásica y la cuántica. Como consecuencia, la teoría de Einstein se rompe en la inflación eterna".

"Predecimos que nuestro universo, en las escalas más grandes, es razonablemente suave y globalmente finito. Por tanto, no se trata de una estructura fractal", dijo Hawking.

La teoría de la inflación eterna que proponen Hawking y Hertog se basa en la teoría de cuerdas: una rama de la física teórica que intenta conciliar la gravedad y la relatividad general con la física cuántica, en parte describiendo los componentes fundamentales del universo como diminutas cuerdas que vibran. Su enfoque utiliza el concepto de holografía de la teoría de cuerdas, que postula que el universo es un holograma grande y complejo: la realidad física en ciertos espacios 3D puede reducirse matemáticamente a proyecciones 2D sobre una superficie.

Hawking y Hertog desarrollaron una variación de este concepto de holografía para proyectar la dimensión temporal en la inflación eterna. Esto les permitió describir la inflación eterna sin tener que recurrir a la teoría de Einstein. En la nueva teoría, la inflación eterna se reduce a un estado atemporal definido en una superficie espacial al principio del tiempo.

"Cuando trazamos la evolución de nuestro universo hacia atrás en el tiempo, en algún momento llegamos al umbral de la inflación eterna, donde nuestra noción familiar de tiempo deja de tener sentido", dijo Hertog.

La anterior "teoría de la ausencia de límites" de Hawking predecía que si se retrocedía en el tiempo hasta el principio del universo, éste se encogía y se cerraba como una esfera, pero esta nueva teoría representa un paso más allá del trabajo anterior. "Ahora decimos que hay un límite en nuestro pasado", dijo Hertog.

Hertog y Hawking utilizaron su nueva teoría para obtener predicciones más fiables sobre la estructura global del universo. Predijeron que el universo que surge de la inflación eterna en el límite del pasado es finito y mucho más simple que la estructura fractal infinita que predecía la antigua teoría de la inflación eterna.

Sus resultados, si se confirman con otros trabajos, tendrían implicaciones de gran alcance para el paradigma del multiverso. "No nos reducimos a un único universo, sino que nuestros hallazgos implican una reducción significativa del multiverso, a una gama mucho más pequeña de universos posibles", dijo Hawking.

Esto hace que la teoría sea más predictiva y comprobable.

Hertog planea ahora estudiar las implicaciones de la nueva teoría en escalas más pequeñas que están al alcance de nuestros telescopios espaciales. Cree que las ondas gravitacionales primordiales - ondas en el espaciotiempo - generadas a la salida de la inflación eterna constituyen la "pistola humeante" más prometedora para probar el modelo. La expansión de nuestro universo desde el principio significa que tales ondas gravitacionales tendrían longitudes de onda muy largas, fuera del alcance de los actuales detectores LIGO. Sin embargo, podrían ser escuchadas por el observatorio europeo de ondas gravitacionales previsto en el espacio, LISA, o vistas en futuros experimentos que midan el fondo cósmico de microondas.

Referencia:

S.W. Hawking and Thomas Hertog. ‘A Smooth Exit from Eternal Inflation?’’ Journal of High-Energy Physics (2018). DOI: 10.1007/JHEP04(2018)147

Fuente del artículo original: University of Cambridge: Taming the multiverse