Professor Stephen Hawkings sista teori om universums ursprung, som han arbetade med i samarbete med professor Thomas Hertog från KU Leuven, har publicerats idag i Journal of High Energy Physics .

Teorin, som lämnades för publicering före Hawkings död tidigare i år, är baserad på strängteori och förutspår universum är ändligt och mycket enklare än många nuvarande teorier om big bang säger.

Professor Hertog, vars arbete har fått stöd av Europeiska forskningsrådet, tillkännagav först den nya teorin vid en konferens vid University of Cambridge i juli förra året, anordnades vid professor Hawkings 75 -årsdag.

Moderna teorier om big bang förutspår att vårt lokala universum uppstod med en kort explosion - med andra ord, en liten bråkdel av en sekund efter själva smällen, universum expanderade i exponentiell takt. Det är allmänt trott, dock, att när inflationen börjar, det finns regioner där det aldrig stannar. Man tror att kvanteffekter kan hålla inflationen i evighet i vissa regioner i universum så att globalt, inflationen är evig. Den observerbara delen av vårt universum skulle då bara vara ett gästvänligt fickuniversum, en region där inflationen har upphört och stjärnor och galaxer bildats.

"Den vanliga teorin om evig inflation förutspår att vårt universum globalt är som en oändlig fraktal, med en mosaik av olika fickuniversum, åtskilda av ett uppblåsande hav, "sa Hawking i en intervju förra hösten." De lokala lagarna för fysik och kemi kan skilja sig från ett fickuniversum till ett annat, som tillsammans skulle bilda ett multiversum. Men jag har aldrig varit ett fan av multiversen. Om skalan för olika universum i multiversum är stor eller oändlig kan teorin inte testas. "

I deras nya tidning, Hawking och Hertog säger att denna redogörelse för evig inflation som en teori om big bang är fel. "Problemet med den vanliga redogörelsen för evig inflation är att den antar ett befintligt bakgrundsuniversum som utvecklas enligt Einsteins allmänna relativitetsteori och behandlar kvanteffekterna som små fluktuationer kring detta, "sade Hertog." Men dynamiken i den eviga inflationen utplånar separationen mellan klassisk och kvantfysik. Som en konsekvens, Einsteins teori går sönder i evig inflation. "

"Vi förutspår att vårt universum, på de största skalorna, är någorlunda smidig och globalt ändlig. Så det är inte en fraktal struktur, sa Hawking.

Teorin om evig inflation som Hawking och Hertog framförde bygger på strängteori:en gren av teoretisk fysik som försöker förena gravitation och allmän relativitet med kvantfysik, delvis genom att beskriva de grundläggande beståndsdelarna i universum som små vibrerande strängar. Deras tillvägagångssätt använder strängteoribegreppet holografi, som postulerar att universum är ett stort och komplext hologram:fysisk verklighet i vissa 3D-utrymmen kan matematiskt reduceras till 2-D-projektioner på en yta.

Hawking och Hertog utvecklade en variant av detta holografikoncept för att projicera tidsdimensionen i evig inflation. Detta gjorde att de kunde beskriva evig inflation utan att behöva lita på Einsteins teori. I den nya teorin, evig inflation reduceras till ett tidlöst tillstånd definierat på en rumslig yta vid tidens början.

"När vi spårar utvecklingen av vårt universum bakåt i tiden, någon gång når vi tröskeln till evig inflation, där vårt välkända begrepp om tid upphör att ha någon mening, sa Hertog.

Hawkings tidigare "ingen gränsteori" förutspådde att om du går tillbaka i tiden till universums början, universum krymper och stänger som en sfär, men denna nya teori representerar ett steg bort från det tidigare arbetet. "Nu säger vi att det finns en gräns i vårt förflutna, sa Hertog.

Hertog och Hawking använde sin nya teori för att härleda mer tillförlitliga förutsägelser om universums globala struktur. De förutspådde att universum som kommer från evig inflation på den förflutna gränsen är ändligt och mycket enklare än den oändliga fraktalstrukturen som förutses av den gamla teorin om evig inflation.

Deras resultat, om det bekräftas av ytterligare arbete, skulle få långtgående konsekvenser för multiversumparadigmet. "Vi är inte nere på en enda, unikt universum, men våra fynd innebär en betydande minskning av multiversen, till ett mycket mindre utbud av möjliga universum, sa Hawking.

Detta gör teorin mer förutsägbar och testbar.

Hertog planerar nu att studera konsekvenserna av den nya teorin på mindre skalor som är inom räckhåll för våra rymdteleskop. Han tror att de ursprungliga gravitationella vågorna - krusningar i rymdtid - som genereras vid utgången från evig inflation utgör den mest lovande "rökpistolen" för att testa modellen. Expansionen av vårt universum sedan början innebär att sådana gravitationella vågor skulle ha mycket långa våglängder, utanför intervallet för de nuvarande LIGO -detektorerna. Men de kanske hörs av det planerade europeiska rymdbaserade gravitationella vågobservatoriet, LISA, eller sett i framtida experiment som mäter den kosmiska mikrovågsbakgrunden.