I 1998 bad den afdøde fysiker Stephen Hawking mig første gang om at arbejde sammen med ham i udvikling af 'en ny kvanteteori om Big Bang'.
Det, som begyndte som et ph.d.-projekt, udviklede sig over 20 år til et intenst samarbejde, der først sluttede, da han gik bort 14. marts 2018.
Gåden i centrum for vores forskning i hele denne periode var, hvordan øjeblikket umiddelbart efter Big Bang kunne skabe forhold, der er så perfekte for livet.
Vores svar bliver publiceret i en ny bog, 'On the Origin of Time: Stephen Hawkings Final Theory'.
Tvinger fysikken ud af dens komfortzone
Spørgsmål om den ultimative oprindelse af kosmos, eller universet, tvinger fysikken ud af dens komfortzone. Men det var præcis her, Stephen Hawking elskede at vove sig ud.
Udsigten til - eller håbet om - at knække den kosmiske designgåde stod bag meget af Hawkings forskning i kosmologi.
»To boldly go where Star Trek fears to tread«, var hans motto - og også hans screensaver.
Vores fælles videnskabelige søgen betød, at vi uundgåeligt kom tættere på hinanden.
Når man var omkring Stephen Hawking, kunne man ikke undgå at blive påvirket af hans beslutsomhed og optimisme om, at vi kunne tackle store, forunderlige spørgsmål.
Skrev vores egen skabelseshistorie
Han fik mig til at føle, at vi skrev vores egen skabelseshistorie, hvilket vi også gjorde på en måde.
I gamle dage troede man, at det tilsyneladende design af kosmos betød, at der måtte være en skaber - en Gud. I dag peger forskerne i stedet på fysikkens love, som har en række slående livsskabende egenskaber.
Tag mængden af stof og energi i universet, de delikate forhold mellem kræfterne eller antallet af spatiale dimensioner: Fysikerne har opdaget, at hvis man bare justerer disse egenskaber en smule, bliver universet livløst. Det føles næsten, som om universet er et trick – endda et stort ét.
Evige sandheder
Men hvor kommer fysikkens love fra? Fra Albert Einstein til Hawkings tidligere arbejde betragtede de fleste fysikere i det 20. århundrede de matematiske forhold, der ligger til grund for de fysiske love, som evige sandheder.
Ifølge denne opfattelse er det tilsyneladende design af kosmos et spørgsmål om matematisk nødvendighed. Universet er, som det er, fordi naturen ikke havde noget valg.
I starten af det 21. århundrede dukkede en anden forklaring op. Måske lever vi i et multivers, et enormt rum, der afføder et kludetæppe af universer, hver med sin egen version af Big Bang og fysik.
Det giver mening, statistisk set, at nogle få af disse universer er livsunderstøttende.
Men spekulationerne om multiverser blev hurtigt fanget i en spiral af paradokser og manglende verificerbare forudsigelser.
Vender kosmologien på vrangen
Kan vi gøre det bedre? Ja, det fandt Stephen Hawking og jeg ud af, men kun ved at give afkald på en idé, der er iboende i multivers-kosmologien, at vores fysiske teorier kan antage en altvidende gudslignende synsvinkel, som om de befandt sig uden for hele kosmos.
Det er en åbenlys og tilsyneladende tautologisk pointe: Kosmologisk teori skal redegøre for, at vi eksisterer i universet. »Vi er ikke engle, der ser universet udefra,« fortalte Stephen Hawking mig. »Vi er altid koblet til vores teorier.«
Vi satte os for at gentænke kosmologien fra en observatørs perspektiv. Det krævede, at vi gjorde brug af kvantemekanikkens mærkelige regler, som styrer en mikroverden af partikler og atomer.
\ Læs også
Alle andre muligheder er irrelevante
Ifølge kvantemekanikken kan partikler være på flere steder på samme tid - en egenskab kaldet superposition. Det er kun, når en partikel observeres, at den (tilfældigt) vælger en bestemt position.
Kvantemekanik involverer også tilfældige spring og fluktuationer, som eksempelvis mærkværdig og uforudsigelig adfærd, hvor partikler kan dukke op ud af ingenting og forsvinde igen.
I et kvanteunivers opstår en håndgribelig fortid og fremtid ud af en tåge af muligheder ved hjælp af en kontinuerlig observationsproces.
Sådanne kvanteobservationer behøver ikke at blive udført af mennesker. Miljøet eller endda en enkelt partikel kan 'observere'.
Utallige af sådanne kvante-observationshandlinger transformerer konstant, hvad der kan ske, til det, der sker, og trækker derved universet mere bestemt ind i eksistensen. Og når først noget er blevet observeret, er alle andre muligheder irrelevante.
Meta-evolution med darwinistisk anstrøg
Vi opdagede, at der er et dybere evolutionsniveau, hvor selv fysikkens love ændrer sig og udvikler sig, synkront med universet, der tager form, når vi ser tilbage på de tidligste stadier af universet gennem en kvantelinse.
Hvad mere er, denne meta-evolution har et darwinistisk anstrøg.
Variation indtræder, fordi tilfældige kvantespring hyppigt tager på ekskursioner væk fra det mest sandsynlige. Selektion sker, fordi en del af disse ekskursioner kan forstærkes og fryses, takket være kvanteobservation.
Samspillet mellem disse to konkurrerende kræfter – variation og selektion – producerede frembragte et forgrenet træ af fysiske love i ur-universet.
Resultatet er en dybtgående revision af kosmologiens grundlæggende principper.
Astronomerne starter normalt med at antage love og de tidlige betingelser, der eksisterede i Big Bang, og overvejer derefter, hvordan nutidens univers udviklede sig fra dem.
Men vi foreslår, at disse love selv er resultatet af evolution.
Big Bangs smelteovn
Dimensioner, kræfter og partikelarter transmuterer og diversificerer i Big Bangs smelteovn lidt analogt med måden, biologiske arter dukker op milliarder af år senere - og får deres kampdygtige form over tid.
Tilfældigheden betyder, at resultatet af denne evolution - det specifikke sæt af fysiske love, der gør vores univers til, hvad det er - kun kan forstås i retrospekt.
I en vis forstand var det tidlige univers en superposition af et enormt antal mulige verdener. Men vi ser på universet i dag på et tidspunkt, hvor mennesker, galakser og planeter eksisterer. Det betyder, at vi ser historien, der førte til vores udvikling.
Vi observerer parametre med 'heldige værdier', men vi tager fejl, hvis vi antager, at de på en eller anden måde var designet eller altid var sådan.
Problemet med tiden
Centralt for vores hypotese er, at udviklingen mod mere enkelthed og mindre struktur fortsætter hele vejen igennem. I sidste ende forsvinder selv tid - og med den de fysiske love.
Denne opfattelse er især frembragt af vores teoris holografiske form.
Ifølge det 'holografiske princip' i fysik, ser det ud som om, et hologram har tre dimensioner, selvom det i virkeligheden kun er kodet i to dimensioner. På samme måde er udviklingen af hele universet tilsvarende kodet på en abstrakt, tidløs overflade.
Stephen Hawking og jeg ser tid og kausalitet som 'fremspirende kvaliteter' (emergent qualities) uden forudgående eksistens, men opstået fra interaktioner mellem utallige kvantepartikler.
Det er lidt ligesom måden, temperaturen opstår fra mange atomer, der bevæger sig kollektivt, selvom intet enkelt atom har temperatur.
Tidens oprindelse
Man begiver sig tilbage i tiden ved at zoome ud og tage et mere sløret kig på hologrammet. Til sidst mister man dog al information indkodet i hologrammet. Det ville være tidens oprindelse - Big Bang.
I næsten et århundrede har vi studeret universets oprindelse på den stabile baggrund af uforanderlige naturlove. Men vores teori læser universets historie indefra og som en historie, der i de tidligste stadier inkluderer de fysiske loves genealogi.
Det er ikke lovene som sådan, men deres evne til at transmutere, der er afgørende.
Fremtidige kosmologiske observationer vil måske finde bevis for dette. For eksempel kan præcisionsobservationer af tyngdebølger - krusninger i rumtidens struktur - afsløre signaturer af nogle af de tidlige grene af universet.
Hvis det sker, kan Hawkings kosmologiske finale meget vel vise sig at være hans største videnskabelige bedrift.
Læs mere om bogen i artiklen 'Hawkings sidste teori'.
Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.
