Stephen Hawking memang betul dilihat sebagai salah seorang saintis paling berpengaruh pada zaman kita. Pada zamannya di planet ini, ahli fizik, komunikator sains, pengarang dan pencahayaan terkenal menjadi nama rumah tangga, sinonim dengan orang-orang seperti Einstein, Newton dan Galileo. Apa yang lebih mengagumkan adalah kenyataan bahawa dia berjaya mempertahankan komitmennya terhadap usaha sains, pendidikan dan kemanusiaan walaupun menderita penyakit degeneratif yang perlahan.
Walaupun Hawking baru-baru ini meninggal dunia, pengaruhnya masih dirasakan. Tidak lama sebelum kematiannya, Hawking menyerahkan makalah yang menawarkan teori terakhirnya mengenai asal usul Alam Semesta. Makalah ini, yang diterbitkan awal minggu ini (pada hari Rabu, 2 Mei), menawarkan teori baru mengenai Big Bang Theory yang dapat merevolusikan cara kita memikirkan Alam Semesta, bagaimana ia diciptakan, dan bagaimana ia berkembang.
Makalah yang berjudul "Kelancaran keluar dari inflasi kekal?", Diterbitkan di Jurnal Fizik Tenaga Tinggi.Teori ini pertama kali diumumkan dalam sebuah persidangan di University of Cambridge pada bulan Julai tahun lalu, di mana Profesor Thomas Hertog (seorang ahli fizik Belgia di KU Leuven University) berkongsi karya Hawking (yang dikarang oleh Hertog) pada hari ulang tahunnya yang ke-75.
Menurut konsensus saintifik semasa, semua perkara semasa dan masa lalu di Alam Semesta wujud pada masa yang sama - kira-kira 13.8 bilion tahun yang lalu. Pada masa ini, semua benda dipadatkan menjadi bola yang sangat kecil dengan ketumpatan yang tidak terhingga dan panas yang kuat. Tiba-tiba, bola ini mulai mengembang pada kadar eksponensial, dan Alam Semesta seperti yang kita tahu ia bermula.
Namun, diyakini secara meluas bahawa sejak inflasi ini bermula, kesan kuantum akan terus berlaku selamanya di beberapa wilayah di Alam Semesta. Ini bermaksud bahawa secara global, inflasi Alam Semesta adalah kekal. Dalam hal ini, bahagian Alam Semesta kita yang dapat dilihat (berukuran 13.8 bilion tahun cahaya ke arah mana pun) hanyalah wilayah di mana inflasi telah berakhir dan bintang dan galaksi terbentuk.
Seperti yang dijelaskan Hawking dalam temu bual dengan Cambridge University pada musim luruh yang lalu:
"Teori inflasi kekal yang biasa meramalkan bahawa secara global alam semesta kita adalah seperti fraktal tak terbatas, dengan mosaik alam semesta berlainan, dipisahkan oleh lautan yang mengembang. Undang-undang fizik dan kimia tempatan boleh berbeza dari satu alam semesta yang lain, yang bersama-sama akan membentuk sebuah multiverse. Tetapi saya tidak pernah menjadi peminat multiverse. Sekiranya skala alam semesta yang berlainan di multiverse besar atau tidak terbatas teori tidak dapat diuji. "
Dalam makalah baru mereka, Hawking dan Hertog menawarkan teori baru yang meramalkan bahawa Alam Semesta bukan multiverse seperti fraktal yang tidak terbatas, tetapi terbatas dan cukup halus. Singkatnya, mereka berteori bahawa inflasi kekal, sebagai sebahagian dari teori Big Bang, adalah salah. Seperti yang dijelaskan oleh Hertog:
"Masalah dengan catatan biasa mengenai inflasi kekal adalah bahawa ia menganggap alam semesta latar belakang yang ada yang berkembang mengikut teori relativiti umum Einstein dan memperlakukan kesan kuantum sebagai turun naik kecil di sekitar ini. Walau bagaimanapun, dinamika inflasi kekal menghilangkan pemisahan antara fizik klasik dan kuantum. Akibatnya, teori Einstein merosot dalam inflasi kekal. "
Berbeza dengan ini, Hawking dan Hertog memberikan penjelasan berdasarkan String Theory, cabang fizik teori yang cuba menyatukan Relativiti Umum dengan fizik kuantum. Teori ini diusulkan untuk menjelaskan bagaimana graviti berinteraksi dengan tiga kekuatan asas lain dari Alam Semesta (kekuatan nuklear dan elektromagnetisme yang lemah dan kuat), sehingga menghasilkan Teori Segala-galanya (ToE).
Secara ringkasnya, teori ini menggambarkan unsur asas Alam Semesta sebagai tali getaran satu dimensi yang kecil. Pendekatan Hawking dan Hertog menggunakan konsep holografi teori rentetan, yang menyatakan bahawa Alam Semesta adalah hologram yang besar dan kompleks. Dalam teori ini, realiti fizikal di ruang 3D tertentu dapat dikurangkan secara matematik kepada unjuran 2D di permukaan.
Bersama-sama, Hawking dan Hertog mengembangkan variasi konsep ini untuk memproyeksikan dimensi masa dalam inflasi kekal. Ini memungkinkan mereka untuk menggambarkan inflasi kekal tanpa harus bergantung pada Relativiti Umum, sehingga mengurangkan inflasi ke keadaan abadi yang ditentukan pada permukaan spasial pada awal waktu. Dalam hal ini, teori baru mewakili perubahan dari karya Hawking sebelumnya mengenai "teori tanpa sempadan".
Juga dikenali sebagai Proposal Hartle and Hawking No Bounary, teori ini memandang Alam Semesta seperti zarah kuantum - memberikan fungsi gelombang yang menggambarkan semua Alam Semesta yang mungkin. Teori ini juga meramalkan bahawa jika anda kembali ke masa awal Alam Semesta, teori ini akan menyusut dan ditutup seperti bola. Terakhir, ia meramalkan bahawa Alam Semesta akhirnya akan berhenti berkembang dan runtuh dengan sendirinya.
Seperti yang dijelaskan oleh Hertog, teori baru ini adalah penyimpangan dari karya sebelumnya:
"Ketika kita menelusuri evolusi alam semesta kita ke belakang pada waktu, pada suatu ketika kita sampai di ambang inflasi abadi, di mana pengertian kita tentang masa tidak lagi mempunyai makna. Sekarang kita mengatakan bahawa ada batasan di masa lalu kita. "
Dengan menggunakan teori ini, Hawking dan Hertog dapat memperoleh ramalan yang lebih dipercayai mengenai struktur global Alam Semesta. Di samping itu, Alam Semesta yang diramalkan akan muncul dari inflasi abadi pada batas masa lalu juga terbatas dan lebih sederhana. Terakhir, tetapi tidak kurang pentingnya, teori ini lebih dapat diramalkan dan dapat diuji daripada Multiverse yang tidak terbatas yang diramalkan oleh teori lama inflasi abadi.
"Kami tidak menuju ke satu alam semesta yang unik, tetapi penemuan kami menyiratkan pengurangan multiverse yang signifikan, ke julat alam semesta yang jauh lebih kecil," kata Hawking. Secara teori, Alam Semesta yang terbatas dan halus adalah yang dapat kita amati (sekurang-kurangnya di peringkat tempatan) dan akan diatur oleh undang-undang fizikal yang sudah kita kenal. Berbanding dengan sejumlah Universiti yang diatur oleh undang-undang fizikal yang berbeza, ini pasti mempermudah matematik!
Ke depan, Hertog merancang untuk mengkaji implikasi teori ini pada skala yang lebih kecil menggunakan data yang diperoleh teleskop angkasa mengenai Alam Semesta tempatan. Di samping itu, dia berharap dapat memanfaatkan kajian terbaru mengenai gelombang gravitasi (GW) dan banyak kejadian yang telah dikesan. Pada asasnya, Hertog percaya bahawa GW primordial yang dihasilkan semasa keluar dari inflasi kekal adalah kaedah yang paling menjanjikan untuk menguji model tersebut.
Oleh kerana pengembangan Alam Semesta kita sejak Big Bang, GW ini akan mempunyai panjang gelombang yang sangat panjang, yang berada di luar julat normal Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory (LIGO) atau pengesan Virgo. Walau bagaimanapun, Laser Interferometry Space Antenna (LISA) - rancangan yang diketuai oleh ESA untuk pemerhatian gelombang graviti berasaskan ruang angkasa - dan eksperimen masa depan yang lain mungkin dapat mengukurnya.
Walaupun dia lebih lama bersama kami, teori terakhir Hawking boleh menjadi sumbangan mendalamnya kepada sains. Sekiranya penyelidikan masa depan membuktikannya betul, maka Hawking akan menyelesaikan salah satu masalah paling menakutkan dalam astrofizik dan kosmologi moden. Satu lagi pencapaian dari seorang lelaki yang menghabiskan hidupnya mengubah cara orang berfikir tentang Alam Semesta!
