¿Es posible que toda la materia del universo surja de la nada?

La respuesta depende fundamentalmente de lo que se entienda por nada . De la nada del filósofo , nada viene.

Pero la nada del físico es algo , es decir, hay al menos una ley física y todo lo que la obedece.

Por ejemplo, la materia y la antimateria pueden materializarse a partir del "vacío" y, en cierto sentido, esto es algo (materia) de la nada (no materia). Pero esto presupone la existencia de campos cuánticos y las leyes que los gobiernan.

Entonces, su pregunta es en realidad mucho más sutil (y antigua) de lo que podría comprender en este momento.

Abres una caja y dices "no hay nada dentro". En un estricto lenguaje matemático (matemático-lógico), lo que quiere decir es:

Pero "nada" es un sustantivo, por lo que parece que puedes operar con él como si fuera un objeto. Bueno, ese es un sentimiento equivocado.

Solo trate de formular estrictamente la declaración "El universo podría surgir de la nada". Solo puedo obtener algo como:

Debido a que existe una ley como la gravedad, el universo puede y se creará a sí mismo de la nada. La creación espontánea es la razón por la que hay algo en lugar de nada, por qué existe el universo, por qué existimos,

Hawking escribe.

http://www.phenomenica.com/2010/09/hawking-god-did-not-create-universe.html

pero otra pregunta es ¿por qué nuestro universo tiene leyes de la física?

No. La ecuación de Friedmann dice que la tasa de expansión fraccionaria crece con la densidad de energía. Si la densidad de energía fuera realmente cero y no hubiera curvatura, entonces el universo (o la falta de ella) simplemente se quedaría quieto.

Las fluctuaciones cuánticas (aniquilaciones de antimateria + materia) del vacío no son energía cero. De hecho, actúan como una constante cosmológica o energía oscura. Uno de los misterios de la física moderna es por qué la energía del vacío es mucho menor de lo que esperamos. Si establecemos la longitud de Planck como la escala de corte UV, la energía del vacío sería aproximadamente 120 órdenes de magnitud más densa que la cantidad observada de energía oscura. Entonces debe haber algo (una simetría, holografía, etc.) que reduzca esto dentro de las restricciones de observación.

Gran parte de la idea de "un universo que emerge de la nada" se basa en un sentido ingenuo de cómo debería comportarse el tiempo. En un trabajo reciente de Yasunori Nomura , describe cómo el multiverso puede verse como intrínsecamente estático. La forma de onda del multiverso es completamente estacionaria sin evolución.

Él describe que el concepto de "tiempo" (y las nociones relacionadas de causalidad) están vinculados con el concepto de estados ordenados versus estados desordenados (ver el ejemplo de la silla en la página 8). El multiverso completo como un todo no necesita evolucionar, solo las probabilidades dentro de un solo universo.

Mirando las respuestas anteriores a esta pregunta, decidí prestar mi apoyo a las de Alfred Centauri y Hwlin, e hice un par de comentarios críticos en otro lugar. Sin embargo, creo que nadie respondió bien el aspecto energético de la pregunta original, así que lo haré.

La idea básica es que, debido a la atracción gravitatoria entre sí, las estrellas y las galaxias, etc. tienen una forma de energía de enlace que se puede decir que es energía potencial negativa, y esto posiblemente podría equilibrar la cantidad de energía en reposo y energía cinética en el universo. , por lo que el total sale cero. En una imagen clásica simple, observe la situación de dos masas puntuales$M$y$m$, alejándose unos de otros. La energía total es

$E_{\rm tot} = \frac{1}{2} M v_1^2 + \frac{1}{2} m v_2^2 - \frac{G M m}{r}$

Puede ocurrir que este total sea cero. Cuando eso sucede, decimos que la velocidad relativa de las masas es igual a la velocidad de escape asociada con su separación inicial.$r$. Ahora, por supuesto, la cosmología del universo primitivo tiene que invocar la relatividad general y la física cuántica, pero sin embargo, esto es esencialmente lo que afirman las afirmaciones sobre la energía. El nuevo ingrediente principal es la energía del descanso, por lo que obtenemos algo como

$E_{\rm tot} = \gamma_1 M c^2 + \gamma_2 m c^2 - (\mbox{G.R. version of}) \frac{G M m}{r}$

y de nuevo este total puede ser cero. En el universo primitivo, la parte gravitatoria va a infinito negativo si dejas$r$ir a cero, pero por supuesto esta fórmula no es la correcta del todo. En principio, un cálculo que invoque la física cuántica podría manejar la singularidad, pero ahora nos estamos aventurando en temas en los que nuestro conocimiento está lejos de ser seguro (los libros populares tienden a ser demasiado seguros aquí; esto no es útil en mi opinión).

Diría que sería interesante si tal cálculo de energía resultara cero para el universo como un todo. Pero seguramente esto está MUY lejos de cualquier tipo de solución del origen del universo. En este contexto, la afirmación "la energía total es cero" es solo una forma de decir "la energía restante y la energía cinética son suficientes para permitir que los diversos elementos se alejen mucho unos de otros en contra de su largo alcance". atracción gravitacional".

Una vez que uno ve esto, el tema que me veo obligado a preguntar a continuación es: "¿Por qué este estado de cosas? ¿Por qué esta configuración?" Es una configuración con una entropía extraordinariamente baja.

Para concluir, hay varias cuestiones que se unen aquí. Uno es energía, otro es entropía y un tercero es cuidado y atención al lenguaje filosófico cuando invocamos términos metafísicos como "nada" y "existencia".

Realmente no hay respuesta a la pregunta formulada todavía porque no se conocen las leyes de la gravedad cuántica. Así que realmente no sabemos qué pasó.

Tu dices eso

Si es así, ¿cuál es la energía total de la materia compensada?

entonces dices eso

Sí, he visto la conferencia de Lawrence Krauss.

Mi punto es que si miras incluso una de sus conferencias completas sobre este tema como esta , tendrías tu respuesta.

entonces, ¿es posible que toda la materia del universo haya surgido de la nada?

La respuesta a lo anterior es SÍ como ya resumió @juanrga

Como dice el Prof. Krauss, no solo la materia, incluso el espacio-tiempo mismo puede surgir si mezclamos la gravedad con la mecánica cuántica.

Hasta el momento, no existe una teoría física capaz de demostrar la creación del universo de la nada; peor aún, no hay teoría capaz de pasar antes del big bang (si es que hay algo o nada allí). La relatividad general da una solución muy matemática a la cuestión, en cuanto a la existencia de soluciones a la ecuación de Einstein; pero eso difícilmente proporciona una percepción física. Sin embargo, existe la esperanza de que la teoría de cuerdas pueda superar las dificultades planteadas por las singularidades (en el sentido relativista general de la palabra) en el Big Bang e ir antes de eso. Pero incluso si eso sucede y la teoría de cuerdas proporciona algunas descripciones del universo antes del Big Bang, la cuestión de retroceder en el tiempo, hasta algún comienzo o algo así, seguirá siendo desconcertante a menos que la teoría de cuerdas tenga cosas más interesantes que decir.

Como físico muy aficionado y muy paciente, creo que tenemos que esperar a que las nuevas ideas sobre el espacio-tiempo (incluidas las nociones de "espacio-tiempo emergente", que están respaldadas por las investigaciones de la teoría de cuerdas) maduren más y, con suerte, entonces tendremos nuestra cuchillos lo suficientemente afilados para analizar los difíciles problemas relacionados con la creación/existencia del universo.

Es posible aunque especulativo. Este es el modelo cosmológico de almuerzo gratis. En tal modelo se supone que la energía positiva de la materia es compensada por la energía negativa del 'campo' gravitatorio para dar energía total cero.