Una teoría póstuma de Stephen Hawking asegura que el universo no es infinito

La inflación eterna como teoría del Big Bang es errónea y el Universo, por tanto, tiene límites, de acuerdo con la teoría establecida por Stephen Hawking antes de su muerte.

Esta revolucionaria teoría final del origen del universo, en la que trabajó en colaboración con el profesor Thomas Hertog de KU Leuven, se ha publicado este miércoles en el Journal of High Energy Physics. Se basa en la teoría de cuerdas y predice que el universo es mucho más simple que muchas teorías actuales sobre el Big Bang.

Las teorías modernas del Big Bang predicen que el universo local comenzó a existir con un breve estallido de inflación; en otras palabras, una pequeña fracción de segundo después del Big Bang, el universo se expandió a un ritmo exponencial.

Además, generalmente se cree que una vez que comienza la inflación, hay regiones donde nunca se detiene. Esta creencia establece que los efectos cuánticos pueden mantener la inflación para siempre en algunas regiones del universo, por lo que, a nivel mundial, la inflación es eterna. La parte observable del universo sería entonces solo un universo de bolsillo hospitalario, una región en la que la inflación ha terminado y se han formado estrellas y galaxias.

"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 que se infla", dijo Hawking en una entrevista en otoño de 2017. "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", aseguró.

LA TEORÍA DE EINSTEIN SE DESCOMPONE EN LA INFLACIÓN ETERNA

Según informa la Universidad de Cambridge, en su nuevo documento, Hawking y Hertog dicen que esta explicación de la inflación eterna como teoría del Big Bang es errónea.

"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", señala Hertog. "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".

"Predecimos que nuestro universo, en las escalas más grandes, es razonablemente liso y globalmente finito. Por lo tanto, no es una estructura fractal", comenta por su parte Hawking.

La teoría de la inflación eterna propuesta por Hawking y Hertog se basa en la teoría de cuerdas: una rama de la física teórica que intenta reconciliar la gravedad y la relatividad general con la física cuántica, en parte describiendo los componentes fundamentales del universo como pequeñas cuerdas vibratorias. Su enfoque utiliza el concepto de holografía de la teoría de cuerdas, que postula que el universo es un holograma grande y complejo: la realidad física en ciertos espacios tridimensionales puede reducirse matemáticamente a proyecciones bidimensionales en una superficie.

Hawking y Hertog desarrollaron una variación de este concepto de holografía para proyectar la dimensión del tiempo en la inflación eterna. Esto les permitió describir la inflación eterna sin tener que depender de la teoría de Einstein. En la nueva teoría, la inflación eterna se reduce a un estado atemporal definido en una superficie espacial al principio de los tiempos.

"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", indica Hertog.

La anterior teoría de no fronteras de Hawking predijo que si retrocedes en el tiempo hasta el comienzo del universo, el universo se encoge y se cierra como una esfera, pero esta nueva teoría representa un paso más allá del trabajo anterior. "Ahora estamos diciendo que hay un límite en nuestro pasado", afirma Hertog.

Hertog y Hawking usaron su nueva teoría para derivar predicciones más confiables sobre la estructura global del universo. Predijeron que el universo que emerge de la inflación eterna en el límite del pasado es finito y mucho más simple que la estructura fractal infinita predicha por la vieja teoría de la inflación eterna.

Sus resultados, de ser confirmados por trabajos posteriores, tendrían implicaciones de largo alcance para el paradigma del multiverso. "No estamos en un solo universo único, pero nuestros hallazgos implican una reducción significativa del multiverso, a un rango mucho menor de universos posibles", escribe Hawking. Esto hace que la teoría sea más predictiva y comprobable.

Hertog ahora planea estudiar las implicaciones de la nueva teoría en escalas más pequeñas que están al alcance de nuestros telescopios espaciales. Él cree que las ondas gravitacionales primordiales (ondas en el espacio-tiempo) generadas a la salida de la inflación eterna constituyen la pistola humeante más prometedora para probar el modelo. La expansión de nuestro universo desde el principio significa que tales ondas gravitacionales tendrían longitudes de onda muy largas, fuera del alcance de los actuales detectores LIGO.

Pero podrían ser escuchados por el planeado observatorio de ondas gravitacionales basado en el espacio europeo, LISA, o visto en futuros experimentos midiendo el fondo de microondas cósmico, según Cambridge.