Descripción y Orígenes de la Teoría de la Inflación

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Descripción y Orígenes de la Teoría de la Inflación

La teoría de la inflación reúne ideas de la física cuántica y la 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, 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 la energía y la geometría plana del espacio-tiempo, que no se explicaron 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 hoy en día generalmente se considera un componente ampliamente aceptado de la teoría del big bang, aunque las ideas centrales de la teoría del big bang estuvieron 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 había demostrado ser bastante exitosa a lo largo de los años, especialmente después de haber sido confirmada a través del descubrimiento de la radiación del 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:

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El problema de la homogeneidad (o «¿Por qué el universo era tan increíblemente uniforme solo un segundo después del Big Bang?», Como se presenta en el Universo sin fin: Más allá del Big Bang)
El problema de la llanura.

La sobreproducción predicha de los monopolos magnéticos.

El modelo del Big Bang parecía predecir un universo curvo en el que la energía no estaba distribuida de manera uniforme, y en la 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 llanura en una conferencia de 1978 en la Universidad de Cornell por Robert Dicke. Durante los siguientes dos años, Guth aplicó conceptos de la física de partículas a la situación y desarrolló un modelo de inflación del universo temprano.

Guth presentó sus hallazgos en una conferencia el 23 de enero de 1980 en el Centro de Acelerador Lineal de Stanford. Su idea revolucionaria era que los principios de la física cuántica en el corazón de la física de partículas podían 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 forzado a expandirse extremadamente rápido.

Aquellos que estén interesados ​​en más detalles, esencialmente el universo se habría creado en un «falso vacío» con el mecanismo de Higgs apagado (o, dicho de otra manera, el bosón de Higgs no existía). Habría pasado por un proceso de sobreenfriamiento, buscando un estado estable de menor energía (un «verdadero vacío» en el que se activó el mecanismo de Higgs), y fue este proceso de sobreenfriamiento lo que impulsó el período inflacionario de rápida expansión.

Que tan rapido El universo se habría duplicado en tamaño cada 10-35 segundos. En 10-30 segundos, el universo se habría duplicado en tamaño 100.000 veces, lo que es más que suficiente expansión para explicar el problema de la planitud. Incluso si el universo tuviera una curvatura cuando comenzó, tanta 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, aunque sabemos que la superficie en la que estamos es la curva fuera 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 alguna distribución desigual importante de energía, estarían demasiado lejos. para que nosotros lo percibamos. Esta es una solución al problema de homogeneidad.

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Refinando la teoria

El problema con la teoría, por lo que Guth podía decir, era que una vez que la inflación comenzara, continuaría para siempre. No parecía haber ningún mecanismo de cierre claro en su lugar.

Además, si el espacio se expandiera continuamente a este ritmo, entonces una idea previa sobre el universo temprano, presentada por Sidney Coleman, no funcionaría. Coleman había predicho que las transiciones de fase en el universo temprano tenían lugar mediante la creación de pequeñas burbujas que se unieron. Con la inflación en su lugar, las diminutas burbujas se estaban alejando una de la otra 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 solucionó este problema, mientras que en este lado de la cortina de hierro (esto era la década de 1980, recuerden) llegaron 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 del Big Bang establecida.

Otros nombres para la teoría de la inflación

La teoría de la inflación tiene otros nombres, entre ellos:

inflación cosmológica
inflación cósmica
Inflación antigua (versión original de la teoría de Guth en 1980).
Nueva teoría de la inflación (nombre de la versión con el problema de la burbuja solucionado)
inflación lenta (nombre para la versión con el problema de la burbuja solucionado)

También hay dos variantes estrechamente relacionadas de la teoría, la inflación caótica y la inflación eterna, que tienen algunas distinciones menores. En estas teorías, el mecanismo de inflación no solo sucedió una vez inmediatamente después del Big Bang, sino que ocurre una y otra vez en diferentes regiones del espacio todo el tiempo. Ellos postulan un número multiplicado rápidamente de «universos de burbujas» como parte del multiverso. Algunos físicos señalan que estas predicciones están presentes en todas las versiones de la teoría de la inflación, por lo que realmente no las consideramos teorías distintas.

Al ser una teoría cuántica, hay una interpretación de campo de la teoría de la inflación. En este enfoque, el mecanismo de activación es el campo de inflado o la partícula de inflado.

Nota: si bien el concepto de energía oscura en la teoría cosmológica moderna también acelera la expansión del universo, los mecanismos involucrados parecen ser muy diferentes de aquellos involucrados en la teoría de la inflación. Un área de interés para los cosmólogos es la forma en que la teoría de la inflación podría llevar a la comprensión de la energía oscura, o viceversa

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