El llegat de Hawking: hi ha molts universos, però no un d’infinit

Publicat l’últim treball del científic, en què presenta una nova visió del cosmos

El nostre univers és un entre molts, però el nombre total d’universos és finit. I els múltiples universos existents són semblants entre si. Aquesta és la visió final del cosmos que va desenvolupar Stephen Hawking durant els seus últims mesos abans de morir i que es va publicar ahir pòstumament a la revista Journal of High Energy Physics.

El treball, fet en col·laboració amb el seu deixeble Thomas Hertog, de la Universitat de Lovaina (Bèlgica), es fonamenta en la teoria de cordes de la física –que postula que les partícules elementals no són puntuals sinó unidimensionals, com cordes minúscules– i en el concepte de multivers –que postula que existeixen múltiples universos–.

Hawking i Hertog defensen que el seu model de l’univers té l’avantatge, en comparació amb altres models, que permet fer prediccions sobre fenòmens que es podrien arribar a observar. Per tant, es podria comprovar experimentalment si és vàlid o erroni.

“El nostre objectiu ha estat traslladar l’estudi de l’origen de l’univers íntegrament al camp de les ciències naturals. Això significa que desenvolupem teories de l’univers que són alhora matemàticament consistents i comprovables amb observacions”, declara Hertog per correu electrònic.

Les observacions que poden indicar en el futur si el model de Hawking i Hertog és vàlid són les d’“ones gravitacionals originades durant els estadis inicials de l’univers”, assenyala el cosmòleg. Aquestes ones, que encara no s’han observat mai, es podrien arribar a detectar directament amb instruments més avançats que els actuals, o bé es podrien detectar indirectament a través del senyal que devien deixar a la radiació de fons còsmica, popularment coneguda com l’eco del big bang, assenyala Carlos Sopuerta, físic de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC).

Les teories actuals sobre el big bang prediuen que el nostre univers local va néixer amb un brevíssim episodi d’inflació. Segons aquesta visió, l’univers es va expandir exponencialment durant una fracció de segon després del big bang. Aquestes teories proposen que, “un cop comença la inflació, hi ha regions on no s’atura mai”, explica un comunicat difós per la Universitat de Cambridge, on treballava Hawking, amb motiu de la publicació del seu article pòstum. “Es creu que els efectes quàntics poden mantenir la inflació en marxa per sempre en algunes regions de l’univers, de manera que globalment la inflació és eterna. La part observable del nostre univers, per tant, només seria un indret hospitalari, una regió on la inflació s’ha acabat i on s’han format estrelles i galàxies”.

“No he estat mai un fan del multivers”, va declarar Hawking la tardor passada en una entrevista. “La teoria usual de la inflació eterna prediu que globalment el nostre univers és com un fractal infinit, amb un mosaic d’universos diferents separats per un oceà en inflació. Les lleis de la física i la química poden diferir d’un univers a l’altre, que junts formen un multivers. Però [...] si l’escala dels diferents universos al multivers és gran o infinita, la teoria no es pot comprovar experimentalment”.

Paradoxalment, aquest multivers de què Hawking no era fan es derivava de les seves pròpies investigacions. Concretament, el

1983 va desenvolupar un model de l’univers amb el físic James Hartle que proposava que no hi va haver un instant inicial, de la mateixa manera que una esfera –la Terra, per exemple– tampoc no té un lloc inicial. L’anomenat model de Hartle-Hawking, fonamentat en les matemàtiques de la mecànica quàntica, eliminava el problema de com es va poder formar l’univers a partir del no-res. Tot i això, implicava que s’haurien d’haver creat una quantitat il·limitada d’universos amb característiques molt variades. Alguns –pocs– serien semblants al nostre, i molts d’altres serien completament diferents.

“El problema dels multiversos és que tot és possible en algun lloc. Per tant, no permet fer gaires prediccions sobre què hauríem d’observar al nostre univers local”, explica Hertog. “La nostra nova teoria resol aquesta qüestió reduint la vastitud del multivers a un univers molt més petit, homogeni i controlable”.

Hertog va començar a treballar amb Hawking a finals dels anys noranta com a estudiant de doctorat i va continuar col·laborant amb ell des d’aleshores. Fa uns tres anys, explica, es van adonar que, si aplicaven les matemàtiques de la teoria de cordes a l’estudi de l’origen de l’univers, podien corregir els aspectes de la teoria del multivers que els incomodaven.

Concretament, el concepte d’holografia de la teoria de cordes –que redueix espais de tres dimensions a projeccions en dues dimensions– els va permetre eliminar la dimensió del temps en la seva anàlisi de la inflació còsmica. Així, la inflació eterna va quedar reduïda a un estat sense temps.

“El punt clau de la nostra teoria és que el rang d’universos possibles es restringeix”, explica Hertog. “Això fa que la cosmologia basada en aquesta teoria sigui més predictiva, científicament més sòlida i esperem que, en última instància, comprovable. Aquest article final és la culminació del treball que l’Stephen i jo hem fet junts al llarg d’aquests anys”.

Perquè la teoria es pugui comprovar, tot i això, serà necessari desenvolupar-la fins al punt de fer prediccions concretes sobre les ones gravitacionals emeses durant els estadis inicials de l’univers. Es podria predir, per exemple, quin tipus d’irregularitat haurien d’haver deixat les ones gravitacionals en la radiació de fons còsmica. Si les observacions experimentals coincideixen amb les prediccions derivades de la teoria, fins i tot podrien arribar a mostrar indicis de l’existència d’universos paral·lels. Hawking i Hertog, però, no arriben a fer aquestes prediccions al seu article.

“Hi ha molts models de l’univers”, adverteix Carlos Sopuerta, de l’IEEC, per qui no hi ha motius per pensar a priori que el de Hawking i Hertog sigui més encertat que d’altres. “Mentre no tinguem prediccions concretes sobre els fenòmens que podem esperar observar, no podrem comprovar-ho”.