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. Na década de 1980, Stephen Hawking e James Hartle elaboraram essa ideia sugerindo que o tempo não existia antes do começo do universo, levando-os a concluir que o universo não tem condições iniciais de fronteira no tempo ou no espaço. A ideia é chamada de “proposta sem limite” ou “estado de Hawking-Hartle”.
No entanto, descrever com precisão 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, os físicos usam a formulação integral do caminho, que envolve reescrever uma única trajetória clássica como uma integral sobre muitas trajetórias possíveis, resultando em uma amplitude quântica.
Embora a formulação integral do caminho seja bem-sucedida ao 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 (significando que parece o mesmo em todos os lugares e em todas as direções), como declarado pelo princípio cosmológico, a formulação integral do caminho não descreve com precisão o universo observado. Isso levou alguns cientistas a concluir que a proposta sem limite não pode fornecer uma descrição precisa das origens do universo.
Agora, em um novo artigo, os físicos Alice Di Tucci e Jean-Luc Lehners do Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) em Potsdam, Alemanha, mostraram que a formulação integral do caminho pode ser usada de forma a evitar instabilidades, enquanto ainda fornece uma definição consistente da proposta sem limite.
“Acho que o maior significado é que nossa nova definição não descreve o surgimento do universo a partir de uma completa ausência de espaço e tempo”, disse Lehners à Phys.org. “Em vez disso, as novas condições matemáticas, que tivemos de impor para evitar instabilidades, podem ser interpretadas 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 quantum O princípio da incerteza implica que sempre haja flutuações, presumivelmente até de espaço e tempo ”.
A nova proposta combina várias ideias que foram sugeridas anteriormente para superar o problema com instabilidades. Seu trabalho essencialmente altera 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 de Hawking-Hartle.
No entanto, 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 condições de contorno 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 com as instabilidades. Neste ponto de sela estável, existe um estado de Hawking-Hartle que satisfaz a proposta sem limites.
Ao demonstrar um método estável para formular a proposta sem limites, os resultados podem levar a uma reavaliação da ideia como uma descrição das origens do universo. Ainda assim, há muitas perguntas que permanecem.
“No futuro, planejamos ver 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”, disse Lehners. “Além disso, planejamos explorar se outras definições estáveis ??da proposta de não-fronteira podem existir, ou se a nossa nova é, de alguma forma, única. E uma grande questão que permanece é se poderíamos deduzir quaisquer consequências testáveis ??/ observáveis”.
Publicado em 31/05/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-05-stabilizing-no-boundary-universe-quantum.html