Последната теория на професор Стивън Хокинг за произхода на Вселената, по която той работи в сътрудничество с професор Томас Хертог от KU Льовен, е публикувана днес в Journal of High Energy Physics.

теория

Теорията, която беше изпратена за публикуване преди смъртта на Хокинг по-рано тази година, се основава на теорията на струните и предсказва, че Вселената е крайна и далеч по-проста от много настоящи теории за Големия взрив.

Професор Хертог, чиято работа е подкрепена от Европейския изследователски съвет, за първи път обяви новата теория на конференция в университета в Кеймбридж през юли миналата година, организирана по случай 75-ия рожден ден на професор Хокинг.

Съвременните теории за Големия взрив предсказват, че нашата локална вселена е възникнала с кратък взрив на инфлация - с други думи, малка част от секундата след самия Голям взрив, Вселената се е разширила с експоненциална скорост. Широко разпространено е мнението обаче, че щом инфлацията започне, има региони, в които тя никога не спира. Смята се, че квантовите ефекти могат да поддържат инфлацията да продължава вечно в някои региони на Вселената, така че в световен мащаб инфлацията да е вечна. Тогава наблюдаваната част от нашата Вселена би била просто гостоприемна джобна вселена, регион, в който инфлацията е приключила и са се образували звезди и галактики.

"Обичайната теория за вечната инфлация предсказва, че в световен мащаб нашата Вселена е като безкраен фрактал, с мозайка от различни джобни вселени, разделени от надуващ се океан", каза Хокинг в интервю миналата есен. "Местните закони на физиката и химията могат да се различават в отделните джобни вселени, което заедно би образувало мултивселена. Но аз никога не съм бил фен на мултивселената. Ако мащабът на различните вселени в мултивселената е голям или безкраен теорията не може да бъде тествано. "

В новата си статия Хокинг и Хертог твърдят, че тази сметка за вечната инфлация като теория за големия взрив е погрешна. "Проблемът с обичайната сметка за вечната инфлация е, че тя приема съществуваща фонова вселена, която се развива според теорията на Айнщайн за общата относителност и третира квантовите ефекти като малки колебания около това", каза Хертог. "Динамиката на вечната инфлация обаче заличава разделението между класическата и квантовата физика. В резултат на това теорията на Айнщайн се разпада във вечната инфлация."

"Предвиждаме, че нашата Вселена в най-голям мащаб е сравнително гладка и глобално ограничена. Така че това не е фрактална структура", каза Хокинг.

Теорията за вечната инфлация, която Хокинг и Хертог излагат, се основава на теорията на струните: клон от теоретичната физика, който се опитва да съчетае гравитацията и общата теория на относителността с квантовата физика, отчасти като описва основните елементи на Вселената като малки вибрационни струни. Техният подход използва концепцията за холографията на теорията на струните, която постулира, че Вселената е голяма и сложна холограма: физическата реалност в определени 3D пространства може да бъде математически намалена до 2D проекции на повърхност.

Хокинг и Хертог разработиха вариант на тази концепция за холография, за да проектират измерението на времето във вечната инфлация. Това им позволи да опишат вечната инфлация, без да се налага да разчитат на теорията на Айнщайн. В новата теория вечната инфлация се свежда до вечно състояние, определено на пространствена повърхност в началото на времето.

„Когато проследим еволюцията на нашата Вселена назад във времето, в един момент стигаме до прага на вечната инфлация, където познатото ни понятие за време престава да има някакво значение“, каза Хертог.

По-ранната „теория без граници“ на Хокинг предсказва, че ако се върнете назад във времето към началото на Вселената, Вселената се свива и затваря като сфера, но тази нова теория представлява крачка от по-ранната работа. "Сега казваме, че в нашето минало има граница", каза Хертог.

Хертог и Хокинг използваха новата си теория, за да извлекат по-надеждни прогнози за глобалната структура на Вселената. Те предсказаха, че Вселената, която излиза от вечната инфлация на миналата граница, е крайна и далеч по-проста от безкрайната фрактална структура, предсказана от старата теория за вечната инфлация.

Техните резултати, ако бъдат потвърдени от по-нататъшна работа, биха имали далечни последици за мултивселенната парадигма. "Ние не се свеждаме до една, уникална вселена, но нашите открития предполагат значително намаляване на мултивселената до много по-малък диапазон от възможни вселени", каза Хокинг.

Това прави теорията по-предсказуема и проверяема.

Сега Хертог планира да проучи последиците от новата теория върху по-малки мащаби, които са в обсега на нашите космически телескопи. Той вярва, че първичните гравитационни вълни - вълни в пространството-времето - генерирани на изхода от вечната инфлация представляват най-обещаващия „пушещ пистолет“ за тестване на модела. Разширяването на нашата Вселена от самото начало означава, че такива гравитационни вълни ще имат много дълги вълни, извън обхвата на настоящите LIGO детектори. Но те може да бъдат изслушани от планираната европейска космическа обсерватория за гравитационни вълни, LISA, или да се видят в бъдещи експерименти, измерващи космическия микровълнов фон.