Fysiker: Sådan forstår du Stephen Hawkings sidste artikel
Stephen Hawkings sidste artikel leverer et bud på, hvordan vi kan bevise eksistensen af flere universer end vores eget.
Stephen Hawking kosmologi teori fraktal multivers univers Big Bang kvantemekanisme adfærd fluktuerende inflation antropisk princip homogen jævn stjerner kosmos tredimensional todimensional

Stephen William Hawking 1942 – 2018. Kosmolog, rumrejsende og helt. (Foto: NASA)
 

Den nu afdøde fysiker Stephen Hawking var én af verdens førende teoretiske fysikere.

Men på trods af et yderst anseeligt bidrag til kosmologien lykkedes det ham ikke at løse alle universets mysterier.

For nylig blev én af hans allersidste artikler publiceret, og her introducerer Stephen Hawking nye ideer om kosmos' størrelse og facon.

Men hvad siger artiklen kaldet 'A Smooth Exit from Eternal Inflation', og hvor afgørende er fundene?

Styret af kvantemekanismens mærkværdige regler

Ifølge det konventionelle billede af kosmologien startede universet brøkdele af et sekund efter Big Bang og gennemgik umiddelbart efter en fase med eksponentielt hurtig udvidelse; også kaldet 'inflation', hvilket skabte det store, næsten homogene, 'jævne' univers, vi lever i i dag.

Problemet er bare, at inflation har en tendens til at stoppe.

Det er, fordi inflationen af universet i starten var styret af kvantemekanismens mærkværdige regler, hvilket resulterede i uforudset adfærd.

Ifølge kvantemekanismen kan partikler for eksempel dukke op fra et vakuum helt uventet og så tilfældigt forsvinde igen; en excentrisk adfærd kaldet kvantefluktuationer.

Kvantefluktuationerne var muligvis skyld i, at visse dele af det tidlige univers pludselig begyndte at udvide sig hurtigere end andre.

Derfor omtaler de fleste udførlige fluktuationsbeskrivelser en egenskab, hvor fluktuation slutter i nogle områder, men fortsætter i andre, så universet overordnet set konstant udvider sig.

Stephen Hawking kosmologi teori fraktal multivers univers Big Bang kvantemekanisme adfærd fluktuerende inflation antropisk princip homogen jævn stjerner kosmos tredimensional todimensional

En fraktal er en særlig type kompliceret geometrisk figur. I modsætning til klassiske geometriske figurer er fraktaler stærkt sammenfoldede eller hullede. (Grafik: Wolfgang Beyer/wikipedia, CC BY-SA)

Vi lever i små bitte 'lommer'

Det betyder, at vi lever i små bitte lommer i et 'multivers' bestående af parallelle universer, hvor fluktuationen er standset, og stjernerne er dannet.

Multiverset danner konstant nye og fluktuerende universer, der vokser som en fraktal (kompliceret geometrisk figur, hvis ydre omrids genfindes som delelementer af figuren i stadig mindre størrelse, red.).

Et sådant univers er meget ujævnt, og det er netop det aspekt, som Stephen Hawkings studie gransker.

Hvis vi forestiller os universet som en ballon, skaber vi inflation ved at puste ballonen op.

Men ved evig inflation er en lille del af ballonen pludselig ikke længere elastisk, og derfor udvider det sig ikke længere.

Fordi resten af ballonen stadig udvider sig, får ballonen en meget ujævn overflade.

'Life as we know it'

Teorierne om evig inflation og multiverset er vægtige, fordi de meget belejligt kan forklare eksistensen af bevidste skabninger som mennesket, når de bliver sammenholdt med det antropiske princip (metafysisk postulat om, at menneskets eksistens eller eksistensen af andre former for højere liv kan fungere som forklaringsfaktor for fysiske og især kosmologiske fænomener, red.).

I bund og grund betyder det, at for at liv kan eksistere, skal et univers ligne dét, vi lever i.

Hvis planeter for eksempel ikke blev dannet, er det svært at forestille sig liv – eller 'Life as we know it' for at citere Star Trek.

Hvis der kun fandtes ét eneste univers, er det meget usandsynligt, at det ville udvikle sig, så det blev lige som vores eget.

Hvis der derimod er uendeligt mange universer, giver det mening, at der er liv i mindst ét af dem.

Tæmmer uendeligheden

Men forklarer det kosmos?

Vi har jo trods alt ikke set nogle af disse uendelige paralleluniverser.

I det nye studie – publiceret i Journal of High Energy Physics – bruger Stephen Hawking og Thomas Hertog fra KU Leuven Universitet i Belgien en model til at granske vores univers' struktur.

De benytter en teknik kaldet holografi – en metode til lagring af optisk information, der kan reducere tredimensionale rum til todimensionale projektioner – til at beregne, hvordan universet ser ud.

Ved at 'skjule' en dimension gør de det meget lettere at skabe en model.

Stephen Hawking kosmologi teori fraktal multivers univers Big Bang kvantemekanisme adfærd fluktuerende inflation antropisk princip homogen jævn stjerner kosmos tredimensional todimensional

Stephen Hawking var én af de første fysikere, der viste, at kvantefluktuationer i det oprindelige univers kunne være ansvarlig for galaksedannelsen. (Foto: NASA)

Universet foretrækker at være jævnt

Stephen Hawking og Thomas Hertog tog højde for tilfældige kvantefluktuationer og granskede sandsynligheden for, at multiverset er en ujævn ballon i modsætning til en mere jævn facon. De fandt, at universet foretrækker at være jævnt.

Det indikerer, at evig inflation måske ikke er det foretrukne resultat, som forskerne ellers troede.

Stephen Hawking og Thomas Hertog mener derimod, at multiverset er langt fra uendeligt, selvom der højst sandsynligt er mere end ét univers derude.

Men et mindre antal parallelle universer er langt at foretrække frem for et uendeligt antal; det betyder, at vi kan forsøge at definere, hvad og hvor de er.

Vi kan også granske, om de har efterladt spor i strålingen fra Big Bang, hvilket vil gøre det lettere at afprøve teorien.

Selvom teorien stadig er i et tidligt stadie, er det både nyt og spændende, at forskerne direkte adresserer evig inflation indenfor mere kvantekosmologiske rammer.

ForskerZonen

Denne artikel er en del af ForskerZonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde. Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.

ForskerZonen er støttet af Lundbeckfonden.

Ikke det sidste vi har hørt fra Stephen Hawking

Vi får se om, Thomas Hertog kan konkretisere teorierne til en forudsigelse af, hvordan vi leder efter tegn på andre universer.

Selvom det er Stephen Hawkings sidste studie, arbejdede han også på en række andre teorier.

For eksempel forsøgte han i fællesskab med kosmologerne Malcolm Perry, University of Cambridge, og Andy Strominger, Harvard University, at regne ud, om fysisk information kan forsvinde permanent i et sort hul; et spørgmål, som tidligere forskning har rejst.

Resultater fra dette forskningssamarbejde vil blive publiceret, så vi har heldigvis endnu ikke hørt det sidste fra Stephen Hawking.

Ruth Gregory modtager støtte fra STFC. Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.

Ugens Podcast

Lyt til vores ugentlige podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.