Stephen Hawking ehti vielä ennen kuolemaansa tehdä laskelmia maailmankaikkeuden luonteesta. Kuva: Stephen Hawkings Universe
Stephen Hawking ehti vielä ennen kuolemaansa tehdä laskelmia maailmankaikkeuden luonteesta. Kuva: Stephen Hawkings Universe

Hawking esittää postuumisti, että maailmankaikkeus on sittenkin luultua yksinkertaisempi.

Edesmennyt fyysikko Stephen Hawking jatkoi työskentelyä kuolemaansa asti. Hawking menehtyi vaikeaan als-rappeumasairauteen 14. maaliskuuta.

Viimeisenä työnään Hawking pohti ja laskeskeli useiden maailmankaikkeuksien eli niin sanotun multiversumiteorian pulmia ja säieteoriaa yhdessä kollegansa, Leuvenin yliopiston professori Thomas Hertogin kanssa.

Hawkingin ja Hertogin artikkeli lähetettiin julkaistavaksi vain päiviä ennen Hawkingin kuolemaa. Se on nyt julkaistu Journal of High Energy Physics -tiedelehdessä.

”Istuimme tämän työn parissa todella pitkään. Uskon, että Hawking todella piti siitä”, Hertog muistelee The Guardian -lehdelle.

Hertog matkusti säännöllisesti Cambridgen yliopistoon, jossa Hawking työskenteli. Loppuvaiheessa viestintä alkoi olla vaikeaa.

”Minulla oli aina sellainen käsitys, että hän ei koskaan halunnut lopettaa. Hawking oli sellainen. Emme koskaan puhuneet, että tämä olisi viimeinen työ. Koin itse, että matkamme päättyy tähän, mutta en koskaan sanonut sitä hänelle”, Hertog kertoo.

Itse työ on hyvin spekulatiivista, teoreettista fysiikkaa. Se liittyy perimmäisiin kysymyksiin siitä, millaisessa maailmankaikkeudessa me oikein elämme.

Nykyisen tiedon valossa maailmankaikkeus syntyi alkuräjähdyksessä 13,8 miljardia vuotta sitten ja laajeni alkupisteestä silmänräpäyksessä valoa nopeammin. Puhutaan niin sanotusta kosmisesta inflaatiosta, jossa maailmankaikkeus laajenee valtavan nopeasti valtavan suureksi.

Jos tämä inflaatio ei olisi päättynyt, meitä ei olisi olemassa. Tähtiä ja planeettoja ei olisi koskaan voinut muodostua.

Eräiden teorioiden mukaan olisi kuitenkin olemassa alueita, joissa tämä inflaatio vain jatkuu – toisia maailmankaikkeuksia, joissa on omat luonnonlakinsa. Näitä maailmankaikkeuksia voisi lisäksi olla loputon määrä.

Me satuimme pulpahtamaan juuri tähän maailmankaikkeuteen, koska luonnonlait täällä ovat elämälle otolliset.

”Paikalliset fysiikan lait ja alkuaineiden kemia olisi jokaisessa universumissa erilainen, ja kaikista näistä maailmankaikkeuksista muodostuu multiversumi. Minä en koskaan ole ollut tämän teorian suuri fani. Jos tässä multiversumissa on todella paljon tai jopa loputtomasti eri maailmankaikkeuksia, teoriaa ei voi testata”, Hawking sanoi haastattelussa viime syksynä.

Artikkelissaan Hawking ja Hertog yrittävät ratkaista kosmisen inflaation ongelmaa säieteorian avulla. Säieteoria on joukko erittäin monimutkaisia matemaattisia malleja, joiden mukaan maailmankaikkeus koostuu pohjimmiltaan äärimmäisen pienistä, värähtelevistä säikeistä.

Tällaisia teorioita tarvitaan, koska Einsteinin suhteellisuusteoria ei riitä selittämään koko maailmankaikkeutta. Se ei ole yhteensopiva kvanttifysiikan kanssa.

Karkeasti ottaen Einstein selitti hyvin suuret ilmiöt, kun kvanttifysiikka selittää hyvin pienet ilmiöt. Näitä on yritetty naittaa yhteen erilaisilla malleilla, joista säieteoria on yksi.

Hawking ja Hertog ovat nyt hyödyntäneet säieteorian mahdollisuuksia ja laskevat, että itse asiassa kokonaisuus onkin luultua yksinkertaisempi. He pitävät edelleen kiinni siitä, että useita maailmankaikkeuksia on olemassa, mutta ei loputonta määrää. Lisäksi nämä maailmankaikkeudet eivät välttämättä poikkea niin paljon toisistaan.

”Vanhassa teoriassa oli kaikenlaisia universumeita: osa tyhjiä, osa täynnä ainetta, osa laajeni liian nopeasti ja osa kuihtui ennen aikojaan. Mysteeriksi jäi se, miksi me elämme tässä erityisessä maailmankaikkeudessa, jossa kaikki on juuri tasapainossa niin, että elämää voi syntyä”, selittää Hertog Guardian-lehdessä.

Hawkingin ja Hertogin laskelmien ytimessä on ajatus, että meidän universumimme on eräänlainen monimutkainen kolmiulotteinen hologrammi, joka on noussut ajattomasta, kaksiulotteisesta tilasta.

”Kun kuljemme tarpeeksi kauas taaksepäin maailmankaikkeutemme evoluutiossa, saavumme lopulta ikuisen inflaation kynnykselle, jossa aika menettää merkityksensä sellaisena kuin me sen käsitämme”, Hertog selittää.

Tämä lähestymistapa tilkitsee eräitä aukkoja vanhoissa teorioissa ja johtaa lopputulokseen, jossa maailmankaikkeuksia syntyy vain rajallinen määrä, eivätkä ne poikkea niin radikaalisti toisistaan.

Multiversumiteorian ja erilaisten säieteorioiden ongelma on se, että ne ovat puhtaasti teoreettisia ja laskennallisia malleja. Niitä ei ole voitu testata mitenkään havainnoilla.

Hawkingin ja Hertogin ehdotelma olisi periaatteessa testattavissa mittaamalla maailmankaikkeuden räjähdysmäisestä laajenemisesta syntyneitä painovoima-aaltoja ja kosmista taustasäteilyä, Hertog uskoo.

Muut fyysikot kuitenkin huomauttavat, että kyse on yhä spekulaatiosta ja ”yhdestä teoriasta tuhansien joukossa”. Se ei tarkoita, että me todella eläisimme useista maailmankaikkeuksista koostuvassa multiversumissa, vaan perustuu oletuksiin, joita ei ole voitu todistaa.

”Kirjoittajat soveltavat uutta tapaa sellaisten laskelmien tekemiseen, joita ei aiemmin ole voitu tehdä. Täsmällisesti ottaen he laskevat, millaisia maailmankaikkeuksia multiversumi sisältäisi, jos tämä teoria pitäisi paikkansa. Johtopäätös vaikuttaa olevan se, että meidän maailmankaikkeutemme on yhteensopiva multiversumin ajatuksen kanssa, ja tämä nimenomainen multiversumi, jota kirjoittajat käsittelevät, ei ole niin suuri kuin kosminen inflaatio yleensä tuottaisi”, kirjoittaa kvanttigravitaatioon erikoistunut teoreettinen fyysikko Sabine Hossenfelder. Hän perkasi tutkimuksen läpi blogissaan, kun se ensi kertaa ilmestyi maaliskuussa tiedeyhteisön saataville.

”Kuitenkin tämä on hyvin teoreettinen artikkeli eikä mainitse mitään siitä, mitä havainnoista seuraisi”, Hossenfelder kirjoittaa.

MIT:ssa työskentelevä Nobel-fyysikko Frank Wilczek huomauttaa myös, että jos kosmisesta taustasäteilystä myöhemmin ehkä saatavat signaalit eivät täsmää Hawkingin ja Hertogin ennustuksiin, se osoittaa vain, että juuri tämä nimenomainen multiversumimalli ei pidä paikkaansa.

”Se on siis testattavissa, mutta hyvin heikossa mielessä”, Wilczek kommentoi LiveScience-verkkojulkaisussa.

Tarkkaan ottaen kyseessä ei ole viimeinen tieteellinen artikkeli, jonka kirjoittamiseen Hawking osallistui. Hawkingin nimi tulee olemaan vielä ainakin kahdessa mustia aukkoja käsittelevässä tutkimusartikkelissa, joita viimeistellään julkaisukuntoon.

Edesmennyt fyysikko osallistui näiden artikkelien kirjoittamiseen yhteistyössä Harvardin ja Cambridgen fyysikoiden Andrew Stromingerin ja Malcolm Perryn kanssa.

Hawkingin tärkeimmät tieteelliset saavutukset olivat hänen havaintonsa mustien aukkojen ja Einsteinin suhteellisuusteorian tietyistä ominaisuuksista 1960–70 -luvuilla.

Hawkingin kuuluisimpia teorioita on ajatus niin sanotusta Hawkingin säteilystä. Sen mukaan mustat aukot eivät ole ikuisia, vaan kvantti-ilmiöt höyrystävät niitä valtavan pitkien aikojen kuluessa.

Malcolm Perry kommentoi The Guardian -lehdelle, että multiversumien ja säieteorian pohtiminen oli kuitenkin ”se tutkimusala, josta Stephen itse kertoi minulle olevansa ylpein”.

OJP.
Seuraa 
Viestejä581
Liittynyt18.1.2013

Stephen Hawkingin viimeinen työ valmistui vain päiviä ennen kuolemaa

- Niin sähköteorian ja multi - universum mallin pohtiminen, tuloksineen oilivat siis edesmenneen fyysikko Siephen Hawkingin mukaan hänen tätkeimmät saavutuksensa fysiikan alalla. -- Universumin mustien aukkojen teoreettinen kuvaamien nojaa tunnerusti termodynamiikan lain alaisuuksiin. Mehäm tunnemme hänet mysö monesta ns. tieteen populaari - teoksesta, kuten ; Ajan lyhyt historia ja The Gand Design...muutaman hänen julkaisusistaan mainitakseni.
Lue kommentti

Osmo, Otto, Juhani Päivinen