Uma ideia de como o universo começou é que o universo pode ter surgido do nada devido a algum efeito quântico, como o tunelamento quântico. Nos anos 1980, Stephen Hawking e James Hartle elaboraram ainda mais essa ideia, sugerindo que o tempo não existia antes do início do universo, levando-os a concluir que o universo não tem condições de fronteira iniciais, seja no tempo ou no espaço. A ideia é chamada de "proposta sem fronteiras" ou "estado Hawking-Hartle".

Contudo, descrever precisamente como um sistema físico pode fazer a transição de tamanho zero para um tamanho finito tem sido um desafio. Para descrever os efeitos quânticos envolvidos, físicos usam a formulação integral de caminho, que envolve a reescrita de uma única trajetória clássica como parte integrante de muitas trajetórias possíveis, resultando em uma amplitude quântica.

Embora a formulação da integral do caminho seja bem-sucedida em descrever como algo pode emergir do nada, um grande problema é que ele prevê perturbações instáveis, implicando que o universo é altamente não homogêneo e não isotrópico. Como o universo é conhecido por ser aproximadamente homogêneo e isotrópico (o que significa que parece o mesmo em todos os locais e em todas as direções), como afirmado pelo princípio cosmológico, a formulação da integral do caminho não descreve com precisão o universo observado. Isso levou alguns cientistas a concluir que a proposta sem fronteiras não pode fornecer uma descrição precisa das origens do universo.

Agora em um novo jornal, os físicos Alice Di Tucci e Jean-Luc Lehners no Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) em Potsdam, Alemanha, mostraram que a formulação integral de caminho pode ser usada de uma forma que evita instabilidades, ao mesmo tempo em que fornece uma definição consistente da proposta sem limites.

"Acho que o maior significado é que nossa nova definição não descreve o surgimento do universo a partir de uma ausência completa de espaço e tempo, "Lehners disse Phys.org . "Em vez, as novas condições matemáticas, que tivemos que impor para evitar instabilidades, pode ser interpretado como dizendo que já existiam flutuações de espaço e tempo. Isso é de fato o que se poderia esperar da teoria quântica em qualquer caso, como o princípio da incerteza quântica implica que sempre deve haver flutuações, presumivelmente até mesmo de espaço e tempo. "

A nova proposta combina várias ideias que já foram sugeridas para superar o problema das instabilidades. Seu trabalho muda essencialmente a geometria do espaço sobre o qual a integral do caminho é definida. A integral do caminho, que representa o estado do universo em um determinado momento, passa por certos pontos críticos chamados pontos de sela, que correspondem a possíveis estados Hawking-Hartle.

Contudo, a maioria desses pontos de sela são instáveis. Uma das mudanças mais importantes que os físicos fizeram no novo artigo foi modificar as condições de contorno em toda a geometria (usando as condições de contorno de Robin) para remover os pontos de sela instáveis ​​do caminho da integral do caminho. Na nova geometria, a integral do caminho passa por apenas um ponto de sela, que é estável, evitando assim o problema de instabilidades. Neste ponto de sela estável, existe um estado Hawking-Hartle que satisfaz a proposta sem fronteiras.

Ao demonstrar um método estável para formular a proposta sem fronteiras, os resultados podem levar a um repensar da ideia como uma descrição das origens do universo. Ainda, muitas questões permanecem.

"No futuro, planejamos ver o quão robusta é nossa nova definição ao incorporar aspectos da teoria das cordas, que é a tentativa mais avançada de uma teoria completa da gravidade quântica, "Lehners disse." Além disso, pretendemos explorar se outras definições estáveis ​​da proposta sem fronteira podem existir, ou se o nosso novo é, em algum sentido, único. E uma grande questão que permanece é se poderíamos deduzir quaisquer consequências testáveis ​​/ observáveis. "

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