El físico Stephen Hawking tras su muerte, nos dejó su trabajo final, que detalla su última teoría sobre el origen del Universo , en coautoría con Thomas Hertog de KU Leuven.

El documento, publicado hoy plantea que el Universo es mucho menos complejo de lo que sugieren las actuales teorías del multiverso.

La nueva teoría basa en un concepto llamado inflación eterna, introducido por primera vez en 1979 y publicado en 1981.

Luego de producido el Big Bang, el Universo experimentó un período de inflación exponencial. Luego disminuyó la velocidad y la energía se convirtió en materia y radiación.

Sin embargo, según la teoría de la inflación eterna, algunas burbujas de espacio dejaron de inflamarse o ralentizarse en una trayectoria de detención, creando un pequeño punto muerto fractal del espacio estático.

Mientras tanto, en otras burbujas del espacio, debido a los efectos cuánticos, la inflación nunca se detuvo, lo que llevó a un número infinito de multiversos.

Visualización del inflating multiverse. Crédito: A. Linde / Stanford University

Todo lo que vemos en nuestro Universo observable, de acuerdo con esta teoría, está contenido en una de estas burbujas, en la que la inflación se ha detenido, lo que permite la formación de estrellas y galaxias.

Hawking escribió:

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 inflado. 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 un fan del multiverso. Si la escala de los diferentes universos en el multiverso es grande o infinita, la teoría no puede ser probada”.

Incluso uno de los arquitectos originales del modelo de inflación eterna lo ha negado en los últimos años.

Paul Steinhardt, físico de la Universidad de Princeton, ha declarado que la teoría tomó el problema que se suponía que debía resolver -para hacer que el Universo, bueno, universalmente consistente con nuestras observaciones- y simplemente lo cambió a un nuevo modelo.

Hawking y Hertog ahora dicen que el modelo de inflación eterna es incorrecto. Esto se debe a que la teoría de la relatividad general de Einstein se descompone en escalas cuánticas.

Hertog agregó:

El problema con la explicación habitual de la inflación eterna es que asume un universo de fondo existente que evoluciona de acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein y trata los efectos cuánticos como pequeñas fluctuaciones en torno a esto. Sin embargo, la dinámica de la inflación eterna borra la separación entre la física clásica y cuántica. Como consecuencia, la teoría de Einstein se descompone en la inflación eterna”.

La nueva teoría se basa en la teoría de cuerdas, uno de los marcos que intenta conciliar la relatividad general con la teoría cuántica reemplazando las partículas puntuales en la física de partículas con cuerdas diminutas vibrantes de una dimensión.

En la teoría de cuerdas, el principio holográfico propone que se puede describir un volumen de espacio en un límite de dimensión inferior; por lo que el universo es como un holograma, en el que la realidad física en los espacios tridimensionales se puede reducir matemáticamente a proyecciones 2D en sus superficies.

Los investigadores desarrollaron una variación del principio holográfico que proyecta la dimensión del tiempo en la inflación eterna, lo que les permitió describir el concepto sin tener que depender de la relatividad general.

Esto luego les permitió reducir matemáticamente la inflación eterna a un estado sin tiempo en una superficie espacial al comienzo del Universo, un holograma de inflación eterna.

Hertog explicó:

Cuando rastreamos la evolución de nuestro universo hacia atrás en el tiempo, en algún momento llegamos al umbral de la inflación eterna, donde nuestra noción familiar del tiempo deja de tener ningún significado”.

En 1983, Hawking y otro investigador, el físico James Hartle, propusieron lo que se conoce como la «no boundary theory» o el «Hartle-Hawking state». Propusieron que, antes del Big Bang, había espacio, pero no tiempo. Entonces, el Universo, cuando comenzó, se expandió desde un solo punto, pero no tiene un límite.

Según la nueva teoría, el Universo temprano tenía un límite, y eso permitió a Hawking y Hertog derivar predicciones más confiables sobre la estructura del Universo.

Hawking dijo:

Predecimos que nuestro universo, en las escalas más grandes, es razonablemente liso y globalmente finito. Por lo tanto, no es una estructura fractal”.

Es un resultado que no desmiente a los multiversos, sino que los reduce a un rango mucho más pequeño, lo que significa que la teoría multiverso puede ser más fácil de probar en el futuro, si el trabajo puede ser replicado y confirmado por otros físicos.

Hertog planea probarlo buscando ondas gravitacionales que podrían haber sido generadas por la inflación eterna.

Estas ondas son demasiado grandes para ser detectadas por LIGO, pero los interferómetros de onda gravitacionales futuros como el LISA basado en el espacio, y los estudios futuros del fondo de microondas cósmico, pueden revelarlos.

El documento ha sido publicado en Journal of High Energy Physics, y puede leerlo completo en arXiv.