Den bortgångne fysikern Stephen Hawking gjorde ett enormt bidrag till kosmologin under sin livstid, men han lyckades inte riktigt lösa universums alla mysterier. Nu har en av de sista tidningarna han någonsin arbetat med publicerats – och den introducerar några nya idéer om kosmos storlek och form. Men vad säger forskningen egentligen och hur viktiga är resultaten?

Vår konventionella bild av kosmologi är att vårt universum började med en Big Bang och sedan hade en period av mycket snabb expansion, känd som inflation. Detta skapade fröna till de stora, slätt(ish) universum vi lever i idag. Problemet är, inflationen tenderar att ha problem med att stoppa.

Detta beror på att inflationen i det tidiga universum faktiskt styrdes av kvantmekanikens konstiga regler, få den att bete sig på oväntade sätt. Till exempel, enligt kvantmekaniken, partiklar kan dyka upp från vakuum slumpmässigt bara för att försvinna igen - en egenhet som kallas en kvantfluktuation. Tillämpad på det tidiga universum, kvantfluktuationer kunde ha gjort att vissa delar av universum plötsligt började blåsa upp snabbare än andra.

Detta innebär att de flesta av de explicita beskrivningarna av inflation har särdraget att medan inflationen kan ta slut i vissa regioner, det fortsätter i andra, så att universum "för evigt blåser upp" totalt sett. Detta betyder att vi borde leva i en liten ficka av ett "multivers" av parallella universum, där inflationen har stannat och stjärnor har bildats. Dock, det övergripande multiversumet skapar ständigt nya och blåser upp universum, växer som en fraktal.

Ett sådant universum skulle vara väldigt ojämnt – och det är denna aspekt som Hawkings tidning tittar på. Om vi ​​föreställer oss universum som en ballong, att blåsa upp ballongen snabbt skulle vara jämn uppblåsning. Men den eviga uppblåsningen skulle se ut som att en liten fläck av ballongen plötsligt hade slutat vara elastisk, och skulle inte längre expandera. Med tanke på att resten av ballongen fortfarande expanderar, detta skulle ge en mycket taggig yta totalt sett.

Teorierna om evig inflation och multiversum är kraftfulla eftersom de ganska bekvämt kan förklara existensen av medvetna varelser som vi själva när de kombineras med den "antropiska principen". Detta säger i huvudsak att för att livet ska existera, universum måste vara ganska nära det vi lever i. Till exempel – om planeter inte bildades, då är det svårt att se hur livet kunde existera, eller åtminstone, för att parafrasera Star Trek – livet som vi känner det.

Om det bara finns ett universum, det skulle vara ganska osannolikt att det hade blivit precis som vårt eget. Dock, om det finns ett oändligt antal universum, det är vettigt att åtminstone en av dem skulle innehålla liv.

Tämja oändligheten

Men räcker detta som en förklaring av kosmos? Trots allt, vi har aldrig sett något av dessa oändliga parallella universum. I den nya tidningen, publicerad i Journal of High Energy Physics, Hawking och hans kollega Thomas Herzog från KU Leuven University i Belgien använder en leksaksmodell för vårt universum för att undersöka dess struktur.

De använder en teknik som kallas holografi – reducerar tredimensionella utrymmen matematiskt till tvådimensionella projektioner på en yta – för att försöka beräkna hur universum ser ut. Att gömma undan en hel dimension gör det mycket lättare att göra sådan modellering. Med hänsyn till möjligheten till slumpmässiga kvantfluktuationer, de ser på sannolikheten för att multiversum är som en taggig ballong kontra att den är jämnare till formen, och upptäcka att universum föredrar att vara jämnt. Detta tyder på att evig inflation kanske inte är det resultat som forskare ursprungligen trodde.

Istället, duon hävdar att multiversum är långt ifrån oändligt, även om det sannolikt finns mer än bara ett universum där ute. Men förekomsten av ett mindre antal möjliga parallella universum är mycket att föredra framför ett oändligt antal – det betyder att vi kan försöka fastställa vad och var de är. Vi skulle också kunna undersöka om de har lämnat några avtryck i strålningen som blivit över från Big Bang, gör teorin mycket lättare att testa.

Även om detta bara är en leksaksmodell, Att direkt ta itu med föreställningen om evig inflation inom en mer kvantkosmologisk miljö är nytt och fascinerande. Om Hertog nu kan utveckla dessa idéer till en förutsägelse för hur man letar efter tecken på andra universum återstår att se.

Även om detta är Hawkings senast publicerade tidning, han arbetade också på många andra teorier mot slutet av sitt liv. Till exempel, tillsammans med kosmologerna Malcolm Perry, från University of Cambridge, och Andy Strominger, från Harvard University, han försökte ta reda på om fysisk information permanent kunde försvinna i ett svart hål – en fråga som ställdes av hans tidigare forskning. Ytterligare arbete från detta samarbete kommer att publiceras så vi har inte hört det sista från Hawking än.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.