Para nuestro gran pesar, no tenemos la oportunidad de retroceder en el tiempo y ver cómo se desarrolló el Universo en los primeros minutos de su vida. Usando matemáticas y datos de observación, las mejores mentes del planeta construyen los modelos más atrevidos. Uno de ellos es la inflación cósmica.
La teoría inflacionaria, o modelo inflacionario del universo, combina ideas de la física cuántica y la física de partículas para explorar los primeros momentos del universo justo después del Big Bang. Según ella, el Universo se formó en un estado muy inestable, lo que provocó su rápida expansión en los primeros momentos. Una de las consecuencias de esta expansión es que el universo es mucho más grande de lo que se anticipó originalmente y se extiende mucho más allá de lo que nuestros telescopios pueden ver. Además, esta teoría predice algunas propiedades que no se explican en el marco de la teoría del Big Bang, como la distribución uniforme de energía y la geometría espacio-temporal plana.
La teoría de un universo inflacionario fue desarrollada por el físico Alan Guth en 1980. Hoy en día se considera una parte generalmente aceptada de la teoría del Big Bang, aunque las ideas centrales de esta última se establecieron mucho antes de que se formulara la teoría inflacionaria.
norte
Cómo empezó todo
La teoría del Big Bang ha demostrado ser muy exitosa a lo largo de los años, en particular, dado que se confirmó mediante el descubrimiento de la radiación de fondo (fondo de microondas). Sin embargo, a pesar del gran éxito de esta teoría para explicar la mayoría de los aspectos observados en el universo, persistieron tres problemas:
El modelo del Big Bang parecía predecir un universo curvo en el que la energía se distribuía de manera desigual y en el que había muchos monopolos magnéticos. Sin embargo, nada de esto coincidió con los datos.
Alan Guth / Annette Boutellier.
El físico Alan Guth aprendió por primera vez sobre el problema de la planitud en una conferencia de Robert Dick en la Universidad de Cornell en 1978. En los años siguientes, Guth aplicó conceptos de la física de partículas a esta situación y desarrolló un modelo inflacionario del universo temprano.
El 23 de enero de 1980, Guth presentó sus hallazgos en una conferencia en el SLAC National Accelerator Laboratory. Su idea revolucionaria era que los principios de la física cuántica del corazón mismo de la física de partículas podrían aplicarse a los primeros días del Big Bang. Según él, el universo debería haber tenido una alta densidad energética. Según la termodinámica, la densidad del universo debería haber hecho que se expandiera a un ritmo increíble.
De hecho, según el nuevo modelo en ese momento, el Universo debería haber surgido en un "falso vacío" y en ausencia del mecanismo de Higgs (en otras palabras, el bosón de Higgs no existía). Tuvo que pasar por un proceso de hipotermia en busca de un estado estable de baja energía (el "verdadero vacío" en el que opera el mecanismo de Higgs), y eso es lo que desencadenó un período de rápida expansión.
¿Qué tan rápido es? Según el modelo, el universo se duplicaba cada 10-35 segundos. Por lo tanto, en los primeros 10-30 segundos después del Big Bang, habría duplicado su tamaño 100 mil veces, y esto es más que suficiente para explicar el problema de la planitud. Incluso si el universo tuviera alguna curvatura al principio, este grado de expansión llevaría al hecho de que hoy todo se vería plano. (Tenga en cuenta que la Tierra es lo suficientemente grande como para que nos parezca plana, aunque sabemos que la superficie sobre la que estamos parados está curvada para formar un objeto esférico).
norte
Las fluctuaciones cuánticas que ocurren durante la inflación se están extendiendo por todo el universo. En su manifestación a gran escala, la inflación lleva al hecho de que el universo se vuelve plano y pierde su curvatura inicial / E. Siegel / Beyond the Galaxy.
Además, la energía se distribuye de manera tan uniforme debido al hecho de que al principio éramos una parte muy pequeña del Universo, que se expandió tan rápidamente que incluso si hubiera irregularidades significativas en la distribución de la energía, estarían demasiado lejos de nosotros para nosotros. podría haberlos notado o sentido. Esto, a su vez, sirve como solución al problema de la homogeneidad.
Desarrollo de la teoría
Según el propio Alan Guth, el problema con la teoría era que una vez que comenzara la inflación, tendría que continuar indefinidamente. Los científicos no han visto indicios de ningún mecanismo distinto para "apagar" este proceso.
Además, si el espacio se expandiera constantemente a este ritmo, entonces la idea expresada anteriormente por Sidney Coleman no habría funcionado. Coleman predijo que se formaron pequeñas burbujas durante las transiciones de fase en el universo temprano, que se fusionaron entre sí. En presencia de inflación, las burbujas se alejarían unas de otras con demasiada rapidez, sin tener tiempo de unirse.
El físico soviético Andrei Linde llamó la atención sobre este problema. Lo estudió y encontró que hay otra interpretación que da solución a este problema. Al mismo tiempo, todavía era la década de 1980, al otro lado del Telón de Acero, Andreas Albrecht y Paul Steinhardt tomaron una decisión similar por su cuenta.
Andrey Linde / LA Cicero.
El caso es que en el modelo de Guth original, se permitió que surgiera más de un área inflacionaria que, a su vez, podría colisionar. En este caso, el resultado fue un espacio desordenado, en el que la radiación y la materia tienen una densidad no homogénea. Esto no fue en absoluto consistente con lo observado en la realidad. Linde, Albrecht y Steinhardt cambiaron la ecuación del campo escalar, y todo tenía sentido. Según esta solución, nuestro universo observable se originó a partir de una única burbuja de vacío, que se separó de otras regiones inflacionarias del espacio. Se trata de distancias inimaginables, según todos los estándares, enormes.
Una teoría de la inflación tan diferente
La teoría inflacionaria tiene varios nombres. Por ejemplo, inflación cosmológica, inflación cósmica, inflación, inflación antigua (como se llama la versión original de la teoría de Alan Guth), nueva teoría inflacionaria (el modelo desarrollado por Linde, Albrecht y Steinhardt).
También hay dos versiones cercanas de la teoría: la teoría caótica de la inflación y la inflación eterna. En estas teorías, el mecanismo de inflación no sucedió una sola vez, justo después del Big Bang, sino que ocurre una y otra vez en diferentes regiones del espacio. Estos modelos asumen un número cada vez mayor de "universos burbuja" que forman parte del Multiverso o Multiverso. Algunos físicos señalan que estas predicciones están presentes en todas las versiones del modelo inflacionario del universo y, por lo tanto, no las consideran teorías diferentes.
Vladimir Guillén
