Descripción y orígenes de la teoría de la inflación

Teoría de la inflación reúne ideas de física cuántica y física de partículas para explorar los primeros momentos del universo, siguiendo el big bang. Según la teoría de la inflación, el universo se creó en un estado de energía inestable, lo que obligó a una rápida expansión del universo en sus primeros momentos. Una consecuencia es que el universo es mucho más grande de lo previsto, mucho más grande que el tamaño que podemos observar con nuestros telescopios. Otra consecuencia es que esta teoría predice algunos rasgos, como la distribución uniforme de energía y la geometría plana del espacio-tiempo, que no se explicó previamente en el marco de la teoría del Big Bang..

Desarrollada en 1980 por el físico de partículas Alan Guth, la teoría de la inflación se considera hoy en día un componente ampliamente aceptado de la teoría del Big Bang, a pesar de que las ideas centrales de la teoría del Big Bang estaban bien establecidas durante años antes del desarrollo de la teoría de la inflación..

Los orígenes de la teoría de la inflación

La teoría del Big Bang ha demostrado ser bastante exitosa a lo largo de los años, especialmente habiéndose confirmado mediante el descubrimiento de la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB). A pesar del gran éxito de la teoría para explicar la mayoría de los aspectos del universo que vimos, quedaban tres problemas principales:

• El problema de la homogeneidad (o "¿Por qué el universo era tan increíblemente uniforme solo un segundo después del Big Bang?", Como se presenta la pregunta en Universo sin fin: más allá del Big Bang)
• El problema de la planeidad.
• La sobreproducción predicha de monopolos magnéticos

El modelo de Big Bang parecía predecir un universo curvo en el que la energía no se distribuía de manera uniforme, y en el que había muchos monopolos magnéticos, ninguno de los cuales coincidía con la evidencia.

El físico de partículas Alan Guth se enteró por primera vez del problema de la planeidad en una conferencia de 1978 en la Universidad de Cornell por Robert Dicke. Durante los dos años siguientes, Guth aplicó conceptos de la física de partículas a la situación y desarrolló un modelo de inflación del universo primitivo..

Guth presentó sus hallazgos en una conferencia del 23 de enero de 1980 en el Stanford Linear Accelerator Center. Su idea revolucionaria fue que los principios de la física cuántica en el corazón de la física de partículas podrían aplicarse a los primeros momentos de la creación del Big Bang. El universo habría sido creado con una alta densidad de energía. La termodinámica dicta que la densidad del universo lo habría obligado a expandirse extremadamente rápido.

Para aquellos que están interesados ​​en más detalles, esencialmente el universo se habría creado en un "falso vacío" con el mecanismo de Higgs desactivado (o, dicho de otro modo, el bosón de Higgs no existía). Habría pasado por un proceso de sobreenfriamiento, buscando un estado estable de baja energía (un "verdadero vacío" en el que se encendió el mecanismo de Higgs), y fue este proceso de sobreenfriamiento el que impulsó el período inflacionario de rápida expansión.

Que tan rapido El universo habría duplicado su tamaño cada 10^-35 segundos. Dentro de 10^-30 segundos, el universo habría duplicado su tamaño 100.000 veces, lo que es una expansión más que suficiente para explicar el problema de la planeidad. Incluso si el universo tuviera una curvatura cuando comenzó, esa gran expansión haría que pareciera plano hoy. (Tenga en cuenta que el tamaño de la Tierra es lo suficientemente grande como para que nos parezca plano, a pesar de que sabemos que la superficie en la que nos paramos es la curva exterior de una esfera).

De manera similar, la energía se distribuye de manera tan uniforme porque cuando comenzó, éramos una parte muy pequeña del universo, y esa parte del universo se expandió tan rápidamente que si hubiera distribuciones desiguales importantes de energía, estarían demasiado lejos para que nosotros podamos percibir. Esta es una solución al problema de homogeneidad..

Refinando la teoría

El problema con la teoría, por lo que Guth podía ver, era que una vez que comenzara la inflación, continuaría para siempre. Parecía no haber un mecanismo de cierre claro en su lugar.

Además, si el espacio se expandiera continuamente a este ritmo, entonces una idea previa sobre el universo primitivo, presentada por Sidney Coleman, no funcionaría. Coleman había predicho que las transiciones de fase en el universo primitivo tuvieron lugar mediante la creación de pequeñas burbujas que se unieron. Con la inflación en su lugar, las pequeñas burbujas se alejaban unas de otras demasiado rápido para unirse..

Fascinado por la perspectiva, el físico ruso Andre Linde atacó este problema y se dio cuenta de que había otra interpretación que se ocupó de este problema, mientras que de este lado de la cortina de hierro (esto era la década de 1980, recuerde) vinieron Andreas Albrecht y Paul J. Steinhardt con una solución similar.

Esta nueva variante de la teoría es la que realmente ganó fuerza a lo largo de la década de 1980 y finalmente se convirtió en parte de la teoría establecida del Big Bang..

Otros nombres para la teoría de la inflación

La teoría de la inflación tiene varios otros nombres, que incluyen: