Un'idea su come è iniziato l'universo è che l'universo potrebbe essere apparso dal nulla a causa di qualche effetto quantistico, come il tunneling quantistico. Negli anni '80, Stephen Hawking e James Hartle hanno ulteriormente elaborato questa idea suggerendo che il tempo non esisteva prima dell'inizio dell'universo, portandoli a concludere che l'universo non ha condizioni al contorno iniziali né sul tempo né sullo spazio. L'idea è chiamata "proposta senza confini" o "stato Hawking-Hartle".

Però, descrivere con precisione come un sistema fisico può passare da una dimensione zero a una dimensione finita è stato impegnativo. Per descrivere gli effetti quantistici coinvolti, i fisici usano la formulazione integrale del percorso, che comporta la riscrittura di un'unica traiettoria classica come integrale su molte possibili traiettorie, con conseguente ampiezza quantistica.

Sebbene la formulazione integrale del percorso riesca a descrivere come qualcosa possa emergere dal nulla, uno dei problemi principali è che prevede perturbazioni instabili, implicando che l'universo è altamente non omogeneo e non isotropo. Poiché si sa che l'universo è approssimativamente sia omogeneo che isotropo (il che significa che sembra lo stesso in tutte le posizioni e da tutte le direzioni), come afferma il principio cosmologico, la formulazione dell'integrale del percorso non descrive accuratamente l'universo osservato. Ciò ha portato alcuni scienziati a concludere che la proposta senza confini non può fornire una descrizione accurata delle origini dell'universo.

Ora in un nuovo giornale, i fisici Alice Di Tucci e Jean-Luc Lehners del Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute) di Potsdam, Germania, hanno dimostrato che la formulazione del percorso integrale può essere utilizzata in modo da evitare instabilità, pur fornendo una definizione coerente della proposta senza confini.

"Penso che il significato più grande sia che la nostra nuova definizione non descrive l'emergere dell'universo da una completa assenza di spazio e tempo, "Lehners ha detto Phys.org . "Piuttosto, le nuove condizioni matematiche, che abbiamo dovuto imporre per evitare instabilità, può essere interpretato come dire che esistevano già fluttuazioni di spazio e tempo. Questo è in effetti ciò che ci si potrebbe aspettare dalla teoria quantistica in ogni caso, poiché il principio di indeterminazione quantistica implica che dovrebbero sempre esserci fluttuazioni, presumibilmente anche dello spazio e del tempo."

La nuova proposta combina diverse idee che sono state precedentemente suggerite per superare il problema dell'instabilità. Il loro lavoro cambia sostanzialmente la geometria dello spazio su cui si definisce l'integrale del percorso. Il percorso integrale, che rappresenta lo stato dell'universo in un determinato momento, passa attraverso alcuni punti critici chiamati punti di sella, che corrispondono a possibili stati di Hawking-Hartle.

Però, la maggior parte di questi punti di sella sono instabili. Uno dei cambiamenti più importanti apportati dai fisici nel nuovo articolo è stato quello di modificare le condizioni al contorno sull'intera geometria (utilizzando le condizioni al contorno di Robin) per rimuovere i punti di sella instabili dal percorso dell'integrale del percorso. Nella nuova geometria, l'integrale di percorso passa per un solo punto di sella, che è stabile, evitando così il problema delle instabilità. A questo punto di sella stabile, esiste uno stato Hawking-Hartle che soddisfa la proposta senza confini.

Dimostrando un metodo stabile per formulare la proposta senza confini, i risultati possono portare a un ripensamento dell'idea come descrizione delle origini dell'universo. Ancora, ci sono molte domande che rimangono.

"In futuro abbiamo in programma di vedere quanto sia robusta la nostra nuova definizione quando incorporeremo aspetti della teoria delle stringhe, che è il tentativo più avanzato di una teoria completa della gravità quantistica, " Ha detto Lehner. "Inoltre, abbiamo in programma di esplorare se potrebbero esistere altre definizioni stabili della proposta senza confini, o se il nostro nuovo è in un certo senso unico. E una grande domanda che rimane è se possiamo dedurre eventuali conseguenze verificabili/osservabili".

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