Stephen Hawking è giustamente considerato uno degli scienziati più influenti del nostro tempo. Ai suoi tempi su questo pianeta, il famoso fisico, comunicatore scientifico, autore e luminare divenne un nome familiare, sinonimo di artisti del calibro di Einstein, Newton e Galileo. Ciò che è ancora più impressionante è il fatto che è riuscito a mantenere il suo impegno nei confronti della scienza, dell'educazione e degli sforzi umanitari nonostante soffrisse di una malattia lenta e degenerativa.
Anche se Hawking è recentemente scomparso, la sua influenza si fa ancora sentire. Poco prima della sua morte, Hawking presentò un articolo che offriva la sua teoria finale sulle origini dell'Universo. L'articolo, pubblicato all'inizio di questa settimana (mercoledì 2 maggio), offre una nuova interpretazione della teoria del Big Bang che potrebbe rivoluzionare il modo in cui pensiamo all'universo, come è stato creato e come si è evoluto.
L'articolo, intitolato "Un'uscita regolare dall'inflazione eterna?", È stato pubblicato nel Journal of High Energy Physics.La teoria è stata annunciata per la prima volta in una conferenza all'Università di Cambridge nel luglio dello scorso anno, in cui il professor Thomas Hertog (un fisico belga della KU Leuven University) ha condiviso il documento di Hawking (che Hertog è stato coautore) in occasione del suo 75 ° compleanno.
Secondo l'attuale consenso scientifico, tutta la materia presente e passata nell'Universo è nata allo stesso tempo - circa 13,8 miliardi di anni fa. A quel tempo, tutta la materia era compattata in una sfera molto piccola con densità infinita e calore intenso. Improvvisamente, questa palla iniziò a gonfiarsi a un ritmo esponenziale e l'Universo come lo conosciamo iniziò.
Tuttavia, si ritiene ampiamente che da quando è iniziata questa inflazione, gli effetti quantistici continueranno a funzionare per sempre in alcune regioni dell'Universo. Ciò significa che a livello globale, l'inflazione dell'Universo è eterna. A questo proposito, la parte osservabile del nostro Universo (che misura 13,8 miliardi di anni luce in qualsiasi direzione) è solo una regione in cui l'inflazione è terminata e si sono formate stelle e galassie.
Come ha spiegato Hawking in un'intervista all'Università di Cambridge lo scorso autunno:
“La solita teoria dell'inflazione eterna prevede che globalmente il nostro universo sia come un frattale infinito, con un mosaico di diversi universi tascabili, separati da un oceano gonfiabile. Le leggi locali della fisica e della chimica possono differire da un universo tascabile all'altro, che insieme formerebbero un multiverso. Ma non sono mai stato un fan del multiverso. Se la scala di diversi universi nel multiverso è grande o infinita, la teoria non può essere verificata. ”
Nel loro nuovo articolo, Hawking e Hertog offrono una nuova teoria che prevede che l'Universo non è un multiverso infinito simile a un frattale, ma è finito e ragionevolmente liscio. In breve, teorizzano che l'inflazione eterna, come parte della teoria del Big Bang, sia sbagliata. Come ha spiegato Hertog:
"Il problema con il consueto resoconto dell'inflazione eterna è che assume un universo di fondo esistente che si evolve secondo la teoria della relatività generale di Einstein e tratta gli effetti quantistici come piccole fluttuazioni attorno a questo. Tuttavia, la dinamica dell'inflazione eterna cancella la separazione tra fisica classica e fisica quantistica. Di conseguenza, la teoria di Einstein si rompe nell'inflazione eterna. "
Al contrario, Hawking e Hertog offrono una spiegazione basata sulla teoria delle stringhe, una branca della fisica teorica che tenta di unificare la relatività generale con la fisica quantistica. Questa teoria è stata proposta per spiegare come la gravità interagisce con le altre tre forze fondamentali dell'Universo (forze nucleari deboli e forti ed elettromagnetismo), producendo così una Teoria di Tutto (ToE).
Per dirla semplicemente, questa teoria descrive i costituenti fondamentali dell'Universo come minuscole stringhe vibranti unidimensionali. L'approccio di Hawking e Hertog usa il concetto olografico della teoria delle stringhe, che postula che l'Universo è un ologramma ampio e complesso. In questa teoria, la realtà fisica in determinati spazi 3D può essere matematicamente ridotta a proiezioni 2D su una superficie.
Insieme, Hawking e Hertog hanno sviluppato una variante di questo concetto per proiettare la dimensione del tempo nell'inflazione eterna. Ciò ha permesso loro di descrivere l'inflazione eterna senza dover fare affidamento sulla relatività generale, riducendo così l'inflazione a uno stato senza tempo definito su una superficie spaziale all'inizio dei tempi. A questo proposito, la nuova teoria rappresenta un cambiamento rispetto al precedente lavoro di Hawking su "nessuna teoria dei confini".
Conosciuta anche come proposta Hartle e Hawking No Bounary, questa teoria considerava l'Universo come una particella quantistica, assegnandogli una funzione d'onda che descriveva tutti i possibili Universi. Questa teoria prevedeva anche che se tornassi indietro nel tempo all'inizio dell'Universo, si restringerebbe e si chiuderebbe come una sfera. Infine, prevedeva che l'Universo avrebbe smesso di espandersi e collassarsi su se stesso.
Come spiega Hertog, questa nuova teoria è una partenza da quel precedente lavoro:
“Quando tracciamo l'evoluzione del nostro universo indietro nel tempo, ad un certo punto arriviamo alla soglia dell'inflazione eterna, dove la nostra nozione familiare di tempo cessa di avere un significato. Ora stiamo dicendo che c'è un confine nel nostro passato ".
Usando questa teoria, Hawking e Hertog furono in grado di ricavare previsioni più affidabili sulla struttura globale dell'Universo. Inoltre, un Universo che dovrebbe emergere dall'inflazione eterna sul confine del passato è anche finito e molto più semplice. Infine, ma non meno importante, la teoria è più predittiva e testabile rispetto al Multiverso infinito previsto dalla vecchia teoria dell'inflazione eterna.
"Non siamo legati a un singolo universo unico, ma le nostre scoperte implicano una riduzione significativa del multiverso, a una gamma molto più piccola di possibili universi", ha detto Hawking. In teoria, un Universo finito e regolare è quello che possiamo osservare (almeno localmente) e sarà governato da leggi fisiche che già conosciamo. Rispetto a un numero infinito di universi governati da diverse leggi fisiche, certamente semplifica la matematica!
Guardando al futuro, Hertog intende studiare le implicazioni di questa teoria su scale più piccole usando i dati ottenuti dai telescopi spaziali sull'universo locale. Inoltre, spera di sfruttare i recenti studi sulle onde gravitazionali (GW) e i numerosi eventi che sono stati rilevati. In sostanza, Hertog ritiene che i GW primordiali generati all'uscita dall'inflazione eterna siano i mezzi più promettenti per testare il modello.
A causa dell'espansione del nostro Universo dopo il Big Bang, questi GW avrebbero lunghezze d'onda molto lunghe, che sono al di fuori della normale gamma dei rilevatori di interferenze laser ad onde gravitazionali (LIGO) o dei rivelatori della Vergine. Tuttavia, l'antenna spaziale per l'interferometria laser (LISA) - un piano guidato dall'ESA per un osservatorio di onde gravitazionali basato sullo spazio - e altri futuri esperimenti potrebbero essere in grado di misurarli.
Anche se è più a lungo con noi, la teoria finale di Hawking potrebbe essere il suo profondo contributo alla scienza. Se le ricerche future dovessero dimostrarlo corretto, allora Hawking avrà risolto uno dei problemi più scoraggianti della moderna astrofisica e cosmologia. Solo un altro risultato ottenuto da un uomo che ha trascorso la sua vita cambiando il modo in cui le persone pensano dell'Universo!
