Em seu último artigo científico Stephen Hawking nos convida a pensar sobre a Origem do Universo

Stephen Hawking com uma cópia anotada do Principia Mathematica, de Newton.
Crédito: Graham CopeKoga / Cambridge University Library

A teoria final do professor Stephen Hawking sobre a origem do universo, na qual ele trabalhou em colaboração com o professor Thomas Hertog de KU Leuven, foi publicada na edição de 2 de Maio de 2018 do Journal of High Energy Physics.

A teoria, que foi submetida à publicação antes da morte de Hawking no início deste ano, é baseada na teoria das cordas e prevê que o universo é finito e muito mais simples do que dizem muitas teorias/hipóteses/modelos atuais sobre o Big Bang.

O professor Hertog, cujo trabalho foi apoiado pelo Conselho Europeu de Pesquisa, anunciou pela primeira vez a nova teoria em uma conferência na Universidade de Cambridge, em Julho do ano passado, organizada por ocasião do 75º aniversário do professor Hawking.

As teorias modernas do Big Bang predizem que nosso universo local passou a existir com uma breve explosão de inflação. Em outras palavras, uma pequena fração de segundo após o próprio Big Bang, o universo expandiu-se a uma taxa exponencial.
Pensa-se, no entanto, que, uma vez iniciada a inflação, há regiões onde ela nunca para. Pensa-se que os efeitos quânticos podem manter a inflação para sempre em algumas regiões do universo, de modo que, globalmente, a inflação é eterna.
A parte observável do nosso universo seria então apenas um universo hospitaleiro de bolso, uma região na qual a inflação terminou e estrelas e galáxias se formaram.

“A teoria usual da Inflação Eterna prevê que globalmente nosso universo é como um fractal infinito, com um mosaico de universos de bolso diferentes, separados por um oceano inflável”, disse Hawking em uma entrevista no outono passado. “As leis locais da física e da química podem diferir de um universo de bolso para outro, que juntos formariam um multiverso. Mas eu nunca fui fã do multiverso. Se a escala de diferentes universos no multiverso é grande ou infinita, a teoria não pode ser testada.”

Em seu novo artigo, Hawking e Hertog dizem que esse relato da inflação eterna como uma teoria do big bang está errado. “O problema com a ideia usual da inflação eterna é que ela assume um universo de fundo existente que evolui de acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein e trata os efeitos quânticos como pequenas flutuações em torno disso”, disse Hertog. “No entanto, a dinâmica da inflação eterna elimina a separação entre a física clássica e a física quântica. Como consequência, a teoria de Einstein se desfaz na inflação eterna”.

“Nós prevemos que o nosso universo, nas maiores escalas, é razoavelmente suave e globalmente finito. Portanto, não é uma estrutura fractal”, disse Hawking.

A Teoria da Inflação Eterna apresentada por Hawking e Hertog baseia-se na Teoria das Cordas: um ramo da física teórica que tenta reconciliar a gravidade e a relatividade geral com a física quântica, descrevendo em parte os constituintes fundamentais do universo como pequenas cordas vibrantes. Sua abordagem usa o conceito da teoria das cordas de holografia, que postula que o universo é um holograma grande e complexo: a realidade física em certos espaços 3D pode ser matematicamente reduzida a projeções 2D em uma superfície.

Hawking e Hertog desenvolveram uma variação desse conceito de holografia para projetar a dimensão do tempo na inflação eterna. Isso permitiu que eles descrevessem a inflação eterna sem ter que confiar na teoria de Einstein. Na nova teoria, a inflação eterna é reduzida a um estado intemporal definido em uma superfície espacial no início dos tempos.

“Quando traçamos a evolução do nosso universo de trás para frente no tempo, chegamos ao limiar da inflação eterna, onde nossa noção familiar de tempo deixa de ter algum significado”, disse Hertog.

A teoria anterior de Hawking, “Non-Boundary Theory”, previu que se você voltar no tempo para o começo do universo, o universo encolherá e se fechará como uma esfera. Mas essa nova teoria representa um passo à frente do trabalho anterior. “Agora estamos dizendo que há um limite em nosso passado”, disse Hertog.

Hertog e Hawking usaram sua nova teoria para obter previsões mais confiáveis ​​sobre a estrutura global do universo. Eles previram que o universo que emerge da inflação eterna no limite passado é finito e muito mais simples que a estrutura fractal infinita prevista pela antiga teoria da inflação eterna.

Seus resultados, se confirmados por outros trabalhos, teriam implicações de longo alcance para o paradigma do multiverso. “Não estamos reduzidos a um universo único e ímpar, mas nossas descobertas implicam uma redução significativa do multiverso, para uma faixa muito menor de universos possíveis”, disse Hawking.

Isso torna a teoria mais preditiva e testável.

Hertog agora planeia estudar as implicações da nova teoria em escalas menores que estão ao alcance de nossos telescópios espaciais. Ele pensa que as ondas gravitacionais primordiais – ondulações no espaço-tempo – geradas na saída da inflação eterna constituem a mais promissora arma para testar o modelo. A expansão do nosso universo desde o início significa que tais ondas gravitacionais teriam comprimentos de onda muito longos, fora do alcance dos atuais detectores LIGO. Mas eles podem ser ouvidos pelo planeado observatório europeu de ondas gravitacionais baseado no espaço, LISA, ou visto em experimentos futuros medindo o fundo de micro-ondas cósmico.

Fonte: Astronomy Now, artigo científico