La línea discontinua naranja muestra que la integral de trayectoria, que describe el estado del universo a lo largo del tiempo, pasa por un solo punto de silla, que es estable. Crédito:Di Tucci y Lehners. © 2019 Sociedad Estadounidense de Física
Una idea de cómo comenzó el universo es que el universo puede haber aparecido de la nada debido a algún efecto cuántico, como el túnel cuántico. En la década de 1980, Stephen Hawking y James Hartle profundizaron en esta idea sugiriendo que el tiempo no existía antes del comienzo del universo, llevándolos a concluir que el universo no tiene condiciones de frontera iniciales ni en el tiempo ni en el espacio. La idea se llama la "propuesta sin límites" o el "estado Hawking-Hartle".
Sin embargo, describir con precisión cómo un sistema físico puede pasar de un tamaño cero a un tamaño finito ha sido un desafío. Para describir los efectos cuánticos involucrados, Los físicos utilizan la formulación de ruta integral, que implica reescribir una sola trayectoria clásica como una integral sobre muchas trayectorias posibles, resultando en una amplitud cuántica.
Aunque la formulación de la integral de trayectoria tiene éxito en describir cómo algo puede surgir de la nada, un problema importante es que predice perturbaciones inestables, lo que implica que el universo es altamente no homogéneo y no isotrópico. Como se sabe que el universo es aproximadamente homogéneo e isotrópico (lo que significa que se ve igual en todos los lugares y desde todas las direcciones), como lo establece el principio cosmológico, la formulación de la integral de trayectoria no describe con precisión el universo observado. Esto ha llevado a algunos científicos a concluir que la propuesta sin fronteras no puede proporcionar una descripción precisa de los orígenes del universo.
Ahora en un nuevo periódico los físicos Alice Di Tucci y Jean-Luc Lehners en el Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) en Potsdam, Alemania, han demostrado que la formulación de integral de trayectoria se puede utilizar de una manera que evite inestabilidades, sin dejar de ofrecer una definición coherente de la propuesta sin fronteras.
"Creo que el mayor significado es que nuestra nueva definición no describe el surgimiento del universo de una ausencia total de espacio y tiempo, "Lehners dijo Phys.org . "Bastante, las nuevas condiciones matemáticas, que tuvimos que imponer para evitar inestabilidades, puede interpretarse diciendo que ya existían fluctuaciones de espacio y tiempo. De hecho, esto es lo que uno podría esperar de la teoría cuántica en cualquier caso, como el principio de incertidumbre cuántica implica que siempre debe haber fluctuaciones, presumiblemente incluso del espacio y el tiempo ".
La nueva propuesta combina varias ideas que se han sugerido anteriormente para superar el problema de las inestabilidades. Su trabajo esencialmente cambia la geometría del espacio sobre el que se define la integral de trayectoria. El camino integral, que representa el estado del universo en un momento determinado, pasa por ciertos puntos críticos llamados puntos silla, que corresponden a posibles estados de Hawking-Hartle.
Sin embargo, la mayoría de estos puntos de silla son inestables. Uno de los cambios más importantes que hicieron los físicos en el nuevo artículo fue modificar las condiciones de contorno en toda la geometría (mediante el uso de condiciones de contorno de Robin) para eliminar los puntos de silla inestables de la trayectoria de la integral de trayectoria. En la nueva geometría, la integral de la trayectoria pasa por un solo punto de silla, que es estable, evitando así el problema de las inestabilidades. En este punto de silla estable, existe un estado Hawking-Hartle que satisface la propuesta sin límites.
Al demostrar un método estable para formular la propuesta sin límites, los resultados pueden llevar a repensar la idea como descripción de los orígenes del universo. Todavía, quedan muchas preguntas.
"En el futuro planeamos ver cuán robusta es nuestra nueva definición al incorporar aspectos de la teoría de cuerdas, que es el intento más avanzado de una teoría completa de la gravedad cuántica, "Dijo Lehners." Además, planeamos explorar si podrían existir otras definiciones estables de la propuesta sin límites, o si nuestro nuevo es en cierto sentido único. Y una gran pregunta que queda es si podríamos deducir alguna consecuencia comprobable / observable ".
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