¿Cómo pueden surgir de la nada el espacio y el tiempo?

La palabra "nada" aquí se usa de manera algo vaga. Lo que Krauss quiere decir con nada es que no hay partículas. Pero, todavía existe el estado de vacío de los campos cuánticos, que es algo. Y esos estados de vacío pueden dar lugar a fenómenos de la "nada".

El punto es que el espacio-tiempo puede ser emergente, es decir, no lo pones a mano desde el principio, sino que salta a la vista en el camino.

A veces, los grados de libertad dinámicos (las variables de la teoría, si lo prefiere) pueden ser diferentes dependiendo de cómo describa el sistema. El ejemplo más conocido es la teoría de cuerdas, donde comienzas con una teoría de campo conforme ordinaria en 2 dimensiones (sin gravedad, no realmente espacio-tiempo per se), y aparece una teoría de gravedad cuántica de 10 dimensiones. Ah, y míralo desde otro extremo, y parece una teoría de matrices dimensionales infinitas (sin espacio, solo tiempo).

La dualidad AdS/CFT es otro ejemplo relacionado, donde por un lado tienes una teoría de campo en 4 dimensiones, pero sin gravedad, y por otro lado tienes una teoría en 5 dimensiones, más gravedad, y en realidad solo estás mirando dos partes del mismo elefante.

También existe la gravedad cuántica de bucles, las triangulaciones dinámicas causales, etc., pero no están tan bien establecidas ni tienen tanto éxito.

Los términos de búsqueda relevantes son gravedad inducida, gravedad emergente, espacio-tiempo emergente, etc.

Esto no es tanto una respuesta como un comentario y una advertencia: ex nihilo nihil fit (de la nada nada se produce).

De Wikipedia :

Sin embargo, es importante reconocer lo que un físico puede querer decir con la palabra nada. Algunos físicos, como Lawrence Krauss, definen la nada como un vacío cuántico inestable que no contiene partículas. Esto es incompatible con la definición filosófica de la nada, ya que puede definirse por ciertas propiedades como el espacio, y se rige por leyes físicas. De hecho, muchos filósofos critican estas explicaciones físicas de cómo el universo surgió de la nada, alegando que simplemente plantean la cuestión .

Piensa en el principio de incertidumbre. De acuerdo con el principio de incertidumbre, durante un período de tiempo, la energía fluctúa y, al combinar esta noción con la relatividad, esto se traduce en partículas virtuales que aparecen y desaparecen de la "nada" del vacío. Si tenemos una teoría cuántica de la gravedad (que aún no tenemos), el espacio y el tiempo pueden comportarse como partículas virtuales y convertirse en entidades mecánicas cuánticas y, por lo tanto, aparecer y desaparecer debido al principio de incertidumbre.

Todavía no sabemos cómo combinar la relatividad general con la mecánica cuántica. Una incompatibilidad tan marcada entre los dos surge debido al principio de Incertidumbre; en la relatividad general, el espacio perfectamente plano surge en ausencia de una masa significativa (como el vacío cuántico) y, por lo tanto, el valor del campo gravitatorio debería ser exactamente cero. Sin embargo, el principio de Incertidumbre solo necesita un valor medio de cero, por lo que el valor del campo gravitatorio puede fluctuar en una 'espuma' aleatoria; por lo tanto, obtenemos infinitos (o divergencias ultravioleta). La gravedad cuántica es actualmente no renormalizable

Probablemente esté esperando una respuesta sobre partículas mutuas y antipartículas que aparecen espontáneamente en el vacío cuántico. Sin embargo, filosóficamente, la 'nada' ha sido descrita como "la más pura posibilidad indeterminada de todo lo posible" [1], que es, en el ordo cognoscendi, anterior al vacío cuántico.

• ref: Discusión fenomenológica crítica de algunas tesis tradicionales sobre el ser

En cuanto a la noción de que todo se acumula a partir de manifestaciones espontáneas en el vacío cuántico, le sugiero que vea la conferencia de Roger Penrose "¿ Antes del Big Bang ?" en YouTube, o leer sobre él, por ejemplo [2]. Su estado "suave" del universo entre Big Bangs sugiere el vacío cuántico (aunque espero que no sea lo mismo). La teoría de Penrose propone una alternativa a la manifestación espontánea de una sola vez, en el sentido de que su modelo es cíclico, por lo que todo lo que existe (ya sea dentado o suave) puede haber existido siempre y, por lo tanto, realmente solo proviene de la 'nada' en el sentido filosófico.

1. ref: Discusión fenomenológica crítica de algunas tesis tradicionales sobre el ser

2. Sir Roger Penrose: teoría alternativa del Big Bang

"A medida que el universo se acerca al final de su expansión, el resto de sus agujeros negros se evaporarán o se engullirán unos a otros, volviendo así las cosas a un estado de orden. Durante este período, el universo comenzaría a volver a un estado similar. fue en el big bang, cuando la geometría del espacio-tiempo volverá a ser suave, lo que contrasta con su forma irregular actual. Según el modelo de Penroses, esto marcará el comienzo del nuevo eón, DESPUÉS de que el universo ya no pueda para expandirse más. Por lo tanto, colapsa sobre sí mismo como un sistema altamente ordenado. Uno que está listo para desencadenar el próximo "big bang".

El espacio y el tiempo, tal como se entiende normalmente, se formaron después del Big Bang y después de que la temperatura del universo descendiera hasta el punto de que las partículas (materia) creadas no pudieran volver a convertirse en energía.

Cuando se crearon dos partículas "permanentes", se creó el espacio (distancia entre las partículas), y el movimiento relativo entre ellas, creó el tiempo.

Incluso volviendo a Newton, el espacio y el tiempo son las consecuencias de la medición.

Del Escolio de Principia

El tiempo relativo es una medida de duración por medio del movimiento; El espacio relativo es una medida de los espacios absolutos determinados por los sentidos.

Así que vinieron de la medición. No de la nada.