Het laatste artikel van Stephen Hawking pleit hoopvol voor de grenzen van het bestaan

De laatste bijdrage van wijlen natuurkundige aan de wetenschap: hoeveel universums zijn er?

Het laatste artikel van Stephen Hawking werd deze week gepubliceerd in The Journal of High Energy Physics.

Stephen Hawking in 2016.





Bryan Bedder/Getty Images voor de Breakthrough Prize Foundation

Veertien miljard jaar geleden, in de ogenblikken nadat de oerknal voor het eerst alle materie en energie in beweging zette die ons universum zouden gaan vormen, gebeurde er iets buitengewoons. Het weefsel van ruimte en tijd zelf breidde zich sneller uit dan de snelheid van het licht.

Die kosmische inflatie, zoals het door natuurkundigen wordt genoemd, heeft ons een universum opgeleverd dat groter is dan we ooit kunnen waarnemen. Kosmische inflatie betekent dat er gebieden in de ruimte zijn van waaruit het licht ons nog niet heeft bereikt. Het betekent dat er altijd iets gaande is buiten de rand van het waarneembare heelal dat geen van onze telescopen kan hopen te zien.

Het betekent ook dat er buiten de grens van ons waarneembare universum mogelijk meer universums zijn.



Sommige modellen van de oerknaltheorie voorspellen dat de inflatie die de ruimte aan het begin der tijden oprekte, ook een oneindig aantal pocketuniversums produceerde, gescheiden door ondoordringbare opgeblazen ruimtegebieden.

In deze visie spreidt het bestaan ​​zich uit als een fractaltekening, en zijn er talloze hoekjes waarin pocketuniversums kunnen verblijven. In die universa zijn talloze iteraties in de loop van de tijd, elk lichtjes verschillend van de volgende.

In een van deze talloze universums draagt ​​​​een versie van mezelf vandaag een groen shirt (ik draag een witte). In een ander ben ik in Fiji. In weer een andere ben ik nooit geboren. Er is een verontrustend universum waarin pizza nooit is uitgevonden. In weer andere bestaan ​​de natuurkundige wetten die fundamenteel voor ons zijn niet.



Dit zijn geestverruimende dingen. Maar Stephen Hawking, die... overleden op 14 maart , betoogde in zijn laatste gepubliceerde wetenschappelijke artikel - dat net uitkwam in de logboek Hoge energiefysica - dat de theorie niet helemaal klopt.

In de krant stelt Hawking dat het bestaan ​​eenvoudiger is: dat de ruimte niet ontelbare afzonderlijke universums voortbrengt. Er kan meer dan één universum zijn, maar geen oneindig aantal. En deze laatste bevinding is eigenlijk heel hoopvol: het betekent dat we een kans hebben om onze natuurwetten beter te begrijpen.

Hawking's zaak tegen het multiversum

Een geschiedenis van ons universum, in één grafiek.



NASA/JPL

Ik ben nooit een fan geweest van het multiversum, Hawking eens gezegd , ondanks het feit dat een deel van zijn eerdere werk in de kosmologie dit voorspelde. Hij hield niet van het multiversum, als theorie, omdat het een beetje anti-wetenschappelijk is. Of, anders geformuleerd, het multiversum vertegenwoordigt het einde van de wetenschap.

Zie het als volgt: de multiversumtheorie voorspelt dingen die we nooit direct kunnen zien of waarnemen. En als je wetenschappelijke theorie iets voorspelt dat nooit kan worden getest, houdt het op wetenschap te zijn. Het is filosofie.



Het multiversum is op een andere manier onbevredigend. Het suggereert dat de wetten die ons universum beheersen geen diepere betekenis hebben; dat ze slechts één willekeurige permutatie zijn op de oneindige fractal van de werkelijkheid.

Dat is zeer onbevredigend, zegt Thomas Hertog , een natuurkundige aan de Katholieke Universiteit van Leuven in België die het artikel samen met Hawking schreef, omdat de natuurwetten die we in ons universum waarnemen, in zekere zin heel speciaal, delicaat lijken. Het multiversum omarmen is het opgeven van een zoektocht naar een diepere betekenis over de bijzonderheid van ons universum, zegt hij.

Weinig mensen houden van [het multiversum] als verklaring, en daar waren we niet tevreden over, zegt Hertog. Dat wiskundige modellen van de oerknal een multiversum voorspelden, suggereert dat de theorie niet goed was. Dus gingen we terug naar de theorie van de oerknal en probeerden de theorie te verbeteren.

Hawking's laatste paper heeft een hoopvolle conclusie

De berekeningen die Hawking en Hertog deden waren buitengewoon ingewikkeld, maar hier is een basisoverzicht ervan.

Er is een concept in de natuurkunde genaamd holografie , waaruit blijkt dat ons driedimensionale universum in twee dimensies kan worden weergegeven. En in deze tweedimensionale weergave klopt alle wiskunde die onze natuurwetten helpt verklaren nog steeds. (Je hebt misschien gehoord van dit idee, dat het universum een ​​hologram is. Het is een concept dat voortkwam uit de snaartheorie; je kunt er hier meer over lezen.)

Losjes gesproken, zegt Hertog, liet holografie Hawking en hem de wiskunde van de oerknal hervormen. En met deze nieuwe wiskunde verdwijnt het fractale patroon van pocketuniversums. Het bestaan ​​wordt beperkter, uniformer, zegt hij.

In dit model kunnen er nog steeds meer dan één universum zijn, maar niet een oneindig aantal. In dit model van de oerknal wordt het bestaan ​​beter beheersbaar, beter kenbaar - maar nog steeds gevuld met diep mysterie.

Hoewel de wiskunde van het papier klopt, is de conclusie verre van bewezen. Er is meer werk nodig om dit vermoeden te bewijzen, zegt Hertog. Hij zegt het te zien als een schets van een nieuw paradigma van de oerknal.

Om het artikel te bewijzen, hebben we direct bewijs nodig van de oerknal, die mogelijk aanwezig is in de zwaartekrachtsgolven (de rimpelingen in ruimte en tijd) die in zijn kielzog zijn achtergelaten. Terwijl wetenschappers onlangs ontdekten dat zwaartekrachtsgolven van 3 miljard jaar geleden hebben ze nog veel oudere oer-gravitatiegolven moeten detecteren, hoewel de zoektocht naar deze oude golven zijn aan de gang . (Een paar jaar geleden, herinnert u zich misschien, was er een vals positief resultaat van deze pogingen.) Als ze ooit worden ontdekt, kunnen ze de informatie bevatten die nodig is om de laatste hypothese van Hawking te bewijzen of te weerleggen.

Voor Hertog, die tientallen jaren samenwerkte met Hawking, is het publiceren van dit eindpaper bitterzoet. Hij had altijd nieuwe en scherpe ideeën en een geweldige teamgeest, zegt Hertog. Die hele samenwerking was een unieke inspirerende ervaring. Aan de ene kant vind ik het jammer dat hier een einde aan is gekomen. En hij is hier niet om de publicatie te zien. Maar aan de andere kant leeft de wetenschap voort, de erfenis leeft voort.

Verder lezen: Stephen Hawking en de mysteries van de kosmos