Durante las primeras fracciones de segundo el Universo era tan pequeño y denso que para poder estudiarlo es necesario desarrollar una teoría cuántica de la gravedad. La gravedad es la interacción dominante porque se trata de un objeto con mucha masa (eg. toda la masa del universo), sin embargo, toda esta masa y energía está encerrada en un punto no más grande que una partícula elemental, por lo tanto es un sistema cuántico.
Según estos modelos, del vacío pueden aparecer estados de materia de forma espontánea.
Un nivel de energía absolutamente determinado e igual a cero no puede darse en la naturaleza debido a los principios cuánticos. Por lo tanto, en el vacío existen fluctuaciones energéticas a nivel cuántico. Una de estas fluctuaciones puede dar origen a la creación espontánea de materia y antimateria (manteniendo la energía promedio total igual a cero en todo momento).
La creación de un par partícula - antipartícula, por ejemplo, es un evento que ocurre en la naturaleza y en el laboratorio. En este proceso se conserva la energía, tal como lo piden las leyes conocidas de la física.
Espacio y tiempo son conceptos que no tienen sentido antes de la aparición de la materia en el universo. El espacio y el tiempo aparecen con la materia al momento del big-bang.
Que el universo entero haya aparecido del vacío (e.g. de la nada) va en contra de nuestra intuición y por eso es difícil entender. La lógica con la que nuestra mente se relaciona con el mundo exterior y construye modelos del mismo, está construida sobre la base de experiencias con el mundo macroscópico y no con el mundo subnuclear. Es por esta razón que queremos someter todos los procesos a un modelo sencillo de 'causa-efecto', y lo que salga de ese modelo muy difícilmente lo podemos entender. Desafortunadamente el modelo 'causa-efecto' se rompe con las teorías cuánticas que explican el comportamiento a nivel subnuclear.
En sistemas cuánticos es posible por ejemplo que un objeto esté simultáneamente en varios lugares, o que un objeto salte de un lugar a otro sin 'pasar' por los puntos intermedios (e.g. efecto túnel cuántico). Este tipo de situaciones no se ajustan al modelo 'causa-efecto' y no tienen equivalente alguno con procesos a escala humana.
Preguntar qué había antes del big-bang es equivalente a preguntar qué hay más allá del borde del universo. Existe un 'espacio' dentro del cual se está expandiendo el universo? La respuesta igualmente va en contra de nuestra intuición: es el espacio mismo el que se está expandiendo en el big-bang.
