La théorie finale du professeur Stephen Hawking sur l'origine de l'univers, sur lequel il a travaillé en collaboration avec le professeur Thomas Hertog de la KU Leuven, a été publié aujourd'hui dans le Journal de physique des hautes énergies .

La théorie, qui a été soumis pour publication avant la mort de Hawking plus tôt cette année, est basé sur la théorie des cordes et prédit que l'univers est fini et beaucoup plus simple que de nombreuses théories actuelles sur le big bang disent.

Professeur Hertog, dont les travaux ont été soutenus par le Conseil européen de la recherche, a annoncé pour la première fois la nouvelle théorie lors d'une conférence à l'Université de Cambridge en juillet de l'année dernière, organisé à l'occasion du 75e anniversaire du professeur Hawking.

Les théories modernes du big bang prédisent que notre univers local a vu le jour avec une brève explosion d'inflation - en d'autres termes, une infime fraction de seconde après le big bang lui-même, l'univers s'est étendu à une vitesse exponentielle. Il est largement admis, cependant, qu'une fois l'inflation commencée, il y a des régions où ça ne s'arrête jamais. On pense que les effets quantiques peuvent maintenir l'inflation indéfiniment dans certaines régions de l'univers, de sorte qu'à l'échelle mondiale, l'inflation est éternelle. La partie observable de notre univers ne serait alors qu'un univers de poche hospitalier, une région dans laquelle l'inflation a pris fin et les étoiles et les galaxies se sont formées.

"La théorie habituelle de l'inflation éternelle prédit que globalement notre univers est comme une fractale infinie, avec une mosaïque de différents univers de poche, séparés par un océan qui se gonfle, " a déclaré Hawking dans une interview à l'automne dernier. " Les lois locales de la physique et de la chimie peuvent différer d'un univers de poche à l'autre, qui ensemble formeraient un multivers. Mais je n'ai jamais été fan du multivers. Si l'échelle des différents univers du multivers est grande ou infinie, la théorie ne peut pas être testée. "

Dans leur nouveau papier, Hawking et Hertog disent que cette explication de l'inflation éternelle en tant que théorie du big bang est fausse. "Le problème avec le compte rendu habituel de l'inflation éternelle est qu'il suppose un univers de fond existant qui évolue selon la théorie de la relativité générale d'Einstein et traite les effets quantiques comme de petites fluctuations autour de cela, " dit Hertog. " Cependant, la dynamique de l'inflation éternelle efface la séparation entre la physique classique et la physique quantique. En conséquence, La théorie d'Einstein s'effondre en une inflation éternelle."

"Nous prédisons que notre univers, aux plus grandes échelles, est raisonnablement lisse et globalement fini. Ce n'est donc pas une structure fractale, " a déclaré Hawking.

La théorie de l'inflation éternelle proposée par Hawking et Hertog est basée sur la théorie des cordes :une branche de la physique théorique qui tente de réconcilier la gravité et la relativité générale avec la physique quantique, en partie en décrivant les constituants fondamentaux de l'univers comme de minuscules cordes vibrantes. Leur approche utilise le concept d'holographie de la théorie des cordes, qui postule que l'univers est un hologramme vaste et complexe :la réalité physique dans certains espaces 3-D peut être mathématiquement réduite à des projections 2-D sur une surface.

Hawking et Hertog ont développé une variation de ce concept d'holographie pour projeter la dimension temporelle dans l'inflation éternelle. Cela leur a permis de décrire l'inflation éternelle sans avoir à se fier à la théorie d'Einstein. Dans la nouvelle théorie, l'inflation éternelle est réduite à un état intemporel défini sur une surface spatiale au début des temps.

"Lorsque nous retraçons l'évolution de notre univers dans le temps, à un moment donné, nous arrivons au seuil de l'inflation éternelle, où notre notion familière du temps cesse d'avoir un sens, " dit Hertog.

La "théorie sans frontière" précédente de Hawking prédisait que si vous remontez le temps jusqu'au début de l'univers, l'univers se rétrécit et se referme comme une sphère, mais cette nouvelle théorie représente un pas en avant par rapport aux travaux antérieurs. "Maintenant, nous disons qu'il y a une frontière dans notre passé, " dit Hertog.

Hertog et Hawking ont utilisé leur nouvelle théorie pour obtenir des prédictions plus fiables sur la structure globale de l'univers. Ils ont prédit que l'univers qui émerge de l'inflation éternelle sur la frontière passée est fini et bien plus simple que la structure fractale infinie prédite par l'ancienne théorie de l'inflation éternelle.

leurs résultats, si confirmé par des travaux ultérieurs, aurait des implications de grande envergure pour le paradigme du multivers. "Nous ne sommes pas à un seul, univers unique, mais nos résultats impliquent une réduction significative du multivers, à un éventail beaucoup plus restreint d'univers possibles, " a déclaré Hawking.

Cela rend la théorie plus prédictive et testable.

Hertog prévoit maintenant d'étudier les implications de la nouvelle théorie à des échelles plus petites qui sont à la portée de nos télescopes spatiaux. Il estime que les ondes gravitationnelles primordiales – ondulations dans l'espace-temps – générées à la sortie de l'inflation éternelle constituent le « fusil fumant » le plus prometteur pour tester le modèle. L'expansion de notre univers depuis le début signifie que de telles ondes gravitationnelles auraient de très longues longueurs d'onde, hors de portée des détecteurs LIGO actuels. Mais ils pourraient être entendus par le projet d'observatoire européen des ondes gravitationnelles basé dans l'espace, LISA, ou vu dans de futures expériences mesurant le fond diffus cosmologique.