A teoria final sobre a origem do universo pelo Professor Stephen Hawking, na qual ele trabalhou em colaboração com o Professor Thomas Hertog da Universidade KU Leuven (Bélgica), foi publicada no Journal of High Energy Physics.
A investigação, submetida para publicação no início deste ano antes da morte de Hawking, baseia-se na teoria das cordas e prevê que o universo é finito e mais simples do que muitas teorias existentes do Big Bang.
Pela sua parte, numa conferência na Universidade de Cambridge em Julho de 2017, organizada para assinalar o 75º aniversário de Hawking, o Professor Hertog, cujo trabalho foi financiado pelo Conselho Europeu de Investigação (ERC), anunciou pela primeira vez a nova teoria.
As teorias modernas do Big Bang prevêem que com um instante de inflação, por outras palavras, uma pequena fracção de segundo após o Big Bang, em que o universo se expandiu a uma taxa exponencial gigantesca, o nosso universo local começou a existir.
Um universo de bolso ‘aconchegante’
A porção visível do nosso universo será então apenas uma espécie de universo de bolso ‘acolhedor’, uma área onde a inflação terminou e estrelas, galáxias e planetas, como o nosso, poderão desenvolver-se.
“A teoria normal da inflação eterna prevê que o nosso universo, numa escala global, é como um fractal infinito (uma entidade que se repete em diferentes escalas), com um mosaico de universos de bolso diferentes separados por um oceano inflacionário”, explicou Hawking numa entrevista no Outono passado.
“As leis locais da física e da química podem variar de um universo de bolso para outro, o que formaria muitos universos juntos. Mas eu nunca fui adepto do multiverso.
Se o tamanho dos vários universos no multiverso for enorme ou infinito, não é possível testar a teoria”, concordou o físico britânico.
Hawking e Hertog argumentam no seu novo artigo que esta aplicação da teoria da inflação eterna como um paradigma do Big Bang é incorrecta. “O problema com a interpretação normal da inflação eterna é que, de acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, ela assume um universo de fundo actual que se desenvolve e lida com fenómenos quânticos como pequenas flutuações à sua volta”, diz Hertog.
Contudo, “a dinâmica da inflação eterna”, continua ele, “esbate a separação entre a física clássica e a física quântica. Como consequência, a teoria de Einstein desmorona-se em inflação eterna”.
“Prevemos que o nosso universo é relativamente simples e globalmente finito na maior escala. Não é, portanto, uma estrutura fractal”, Hawking conclui.
Teoria das Cordas
A teoria proposta por Hawking e Hertog da inflação perpétua baseia-se na teoria das cordas. É um ramo da física teórica que procura conciliar a gravidade e a relatividade geral com a física quântica, explicando parcialmente como pequenas cordas vibratórias os componentes fundamentais do universo.
A ideia da teoria das cordas de holografia é utilizada na sua abordagem, que postula que o universo é um holograma grande e complexo.
Ou seja, o facto físico pode ser matematicamente reduzido a projecções 2D numa superfície em tais espaços tridimensionais.
Para projectar a dimensão do tempo na inflação infinita, Hawking e Hertog criaram uma variante desta concepção holográfica. Isto ajudou-os a explicar esta inflação, sem se basearem na teoria de Einstein.
A inflação eterna, na sua última proposta, é reduzida a uma condição intemporal estabelecida no início do tempo, numa superfície espacial.
“À medida que traçamos a evolução do nosso universo no tempo, atravessamos o limiar da inflação eterna em algum momento, onde a nossa noção familiar de tempo deixa de ter qualquer significado”, diz Hertog.
A anterior ‘teoria sem fronteiras’ de Hawking previa que ela encolhe e fecha como uma bolha se se voltar no tempo para o início do universo; mas a teoria actual representa um passo para além do trabalho anterior. “Agora estamos a dizer que na nossa história há um limite”, diz Hertog.
Além disso, o físico belga e o Hawking utilizam a sua nova teoria para fazer previsões mais precisas sobre a estrutura global do universo. Esperam, portanto, que o universo no limite do passado resultante da inflação eterna seja finito e muito mais simples do que a estrutura fractal infinita prevista pela velha teoria da inflação eterna.
As suas descobertas teriam grandes implicações para o modelo multiverso, se verificadas por trabalhos posteriores. “Não estamos num único universo, mas os nossos resultados sugerem que o multiverso está muito reduzido a um número muito menor de universos potenciais”, disse Hawking.
Ondas gravitacionais para LISA
Hertog planeia agora investigar os efeitos da última teoria em escalas mais pequenas que estão para além do controlo dos telescópios espaciais.
Ele considera que as ondas gravitacionais primordiais produzidas à saída da inflação eterna (ondas espaço-tempo) constituem a “arma fumegante” mais promissora para testar o seu modelo.
A expansão do nosso universo desde o início implica que estas ondas gravitacionais terão comprimentos de onda muito longos, para além do alcance dos detectores de colaboração científica existentes da LIGO.
No entanto, a Antena Espacial do Interferómetro Laser (LISA), um observatório de ondas gravitacionais desenvolvido em cooperação com a NASA pela Agência Espacial Europeia (ESA), bem como experiências potenciais que medem o fundo cósmico de microondas, podem ser ouvidas.