Teori, yang diajukan untuk publikasi sebelum kematian Hawking awal tahun ini, didasarkan pada teori string dan memprediksi alam semesta adalah terbatas dan jauh lebih sederhana daripada banyak teori saat ini tentang big bang mengatakan.
Profesor Hertog, yang karyanya didukung oleh Dewan Riset Eropa, pertama kali mengumumkan teori baru pada konferensi di Universitas Cambridge pada bulan Juli tahun lalu, yang diselenggarakan pada kesempatan ulang tahun ke-75 Profesor Hawking .
Teori-teori modern dari big bang memprediksi bahwa alam semesta lokal kita menjadi ada karena sebuah ledakan inflasi yang singkat – dengan kata lain, hanya sepersekian detik setelah big bang itu sendiri, alam semesta mengembang pada tingkat yang eksponensial. Dipercaya secara luas, bagaimanapun, bahwa sekali inflasi dimulai, ada daerah-daerah di mana tidak pernah berhenti. Diperkirakan bahwa efek-efek kuantum dapat menjaga inflasi berlangsung selamanya di beberapa wilayah alam semesta sehingga secara global, inflasi adalah abadi. Bagian yang dapat diobservasi dari alam semesta kita kemudian hanya menjadi kantong alam semesta yang ramah, sebuah wilayah di mana inflasi telah berakhir dan bintang-bintang dan galaksi terbentuk.
“Teori inflasi abadi yang biasa memprediksi bahwa secara global alam semesta kita seperti fraktal yang tak terbatas, dengan mosaik berbagai kantong alam, dipisahkan oleh lautan yang menggelembung,” kata Hawking dalam wawancara musim gugur lalu. “Hukum fisika dan kimia lokal dapat berbeda dari satu kantong alam semesta ke yang lainnya, yang bersama-sama akan membentuk multiverse. Tapi saya tidak pernah menjadi penggemar dari multiverse. Jika skala alam semesta yang berbeda di multiverse besar atau tak terbatas, teori tidak dapat diuji. ”
Dalam makalah baru mereka, Hawking dan Hertog mengatakan bahwa laporan inflasi kekal ini sebagai teori big bang adalah salah. “Masalah dengan laporan biasa tentang inflasi abadi adalah bahwa ia mengasumsikan latar belakang alam semesta yang ada yang berevolusi sesuai dengan teori relativitas umum Einstein dan memperlakukan efek kuantum sebagai fluktuasi kecil di sekitarnya,” kata Hertog. “Namun, dinamika inflasi abadi menghapus pemisahan antara fisika klasik dan kuantum. Sebagai akibatnya, teori Einstein rusak dalam inflasi abadi. ”
“Kami memperkirakan bahwa alam semesta kita, pada skala terbesar, cukup halus dan terbatas secara global. Jadi itu bukan struktur fraktal,” kata Hawking.
Teori inflasi abadi yang dikemukakan Hawking dan Hertog didasarkan pada teori string: cabang fisika teoretis yang berusaha mendamaikan gravitasi dan relativitas umum dengan fisika kuantum, sebagian dengan menggambarkan konstituen fundamental alam semesta sebagai string getar kecil. Pendekatan mereka menggunakan konsep teori string holografi, yang mendalilkan bahwa alam semesta adalah hologram besar dan kompleks: realitas fisik dalam ruang 3D tertentu dapat dikurangi secara matematis menjadi proyeksi 2D di permukaan.
Hawking dan Hertog mengembangkan variasi konsep holografi ini untuk memproyeksikan dimensi waktu dalam inflasi abadi. Ini memungkinkan mereka untuk menggambarkan inflasi abadi tanpa harus bergantung pada teori Einstein. Dalam teori baru, inflasi abadi dikurangi menjadi keadaan tak lekang waktu yang ditentukan pada permukaan ruang pada awal waktu.
“Ketika kita menelusuri evolusi alam semesta kita mundur ke masa lalu, pada titik tertentu kita tiba di ambang inflasi kekal, di mana gagasan akrab kita tentang waktu berhenti memiliki makna apa pun,” kata Hertog.
“Tidak ada teori batas” Hawking sebelumnya meramalkan bahwa jika Anda kembali ke masa awal alam semesta, alam semesta menyusut dan menutup seperti bola, tetapi teori baru ini mewakili satu langkah menjauh dari karya sebelumnya. “Sekarang kami mengatakan bahwa ada batas di masa lalu kita,” kata Hertog.
Hertog dan Hawking menggunakan teori baru mereka untuk mendapatkan prediksi yang lebih andal tentang struktur global alam semesta. Mereka memperkirakan alam semesta yang muncul dari inflasi abadi di perbatasan masa lalu adalah terbatas dan jauh lebih sederhana daripada struktur fraktal yang tak terbatas yang diprediksi oleh teori lama tentang inflasi abadi.
Hasil mereka, jika dikonfirmasi oleh kerja lebih lanjut, akan memiliki implikasi yang luas untuk paradigma multiverse. “Kita tidak berada pada satu semesta tunggal yang unik, tetapi temuan kami menyiratkan pengurangan signifikan multiverse, ke kisaran yang lebih kecil dari alam semesta yang mungkin,” kata Hawking.
Ini membuat teori lebih bersifat prediktif dan dapat diuji.
Hertog sekarang berencana untuk mempelajari implikasi dari teori baru pada skala yang lebih kecil yang berada dalam jangkauan teleskop ruang angkasa kita. Dia percaya bahwa gelombang gravitasi primordial – riak di ruang-waktu – dihasilkan pada jalan keluar dari inflasi abadi merupakan “asap senapan” yang paling menjanjikan untuk menguji model. Perluasan alam semesta kita sejak awal berarti gelombang gravitasi seperti itu akan memiliki panjang gelombang yang sangat panjang, di luar jangkauan detektor LIGO saat ini. Tapi mereka mungkin didengar oleh observatorium gelombang gravitasi berbasis ruang yang direncanakan di Eropa, LISA, atau dilihat dalam eksperimen masa depan yang mengukur latar belakang gelombang mikro kosmik.
Teori terakhir Profesor Stephen Hawking tentang asal mula alam semesta, yang ia kerjakan bekerja sama dengan Profesor Thomas Hertog dari KU Leuven, telah diterbitkan di Journal of High Energy Physics .
