La teoría de la inflación reúne ideas de física cuántica y física de partículas para explorar los primeros momentos del universo, después del Big Bang. Según la teoría de la inflación, el universo fue creado en un estado energético 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 y amp; # x2014; como la distribución uniforme de energía y la geometría plana del espacio-tiempo y amp; # x2014; 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 estuvieron bien establecidas durante años antes del desarrollo de la teoría de la inflación.
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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 al haber sido confirmada mediante el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo 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, & amp; quot; ¿Por qué el universo era tan increíblemente uniforme solo un segundo después del Big Bang??; & amp; quot; como la pregunta se presenta en Universo sin fin: más allá del Big Bang )
- El problema de la planitud
- La sobreproducción prevista de monopolos magnéticos
El modelo del Big Bang parecía predecir un universo curvo en el que la energía 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 planitud en una conferencia de 1978 en la Universidad de Cornell por Robert Dicke. Durante los siguientes años, Guth aplicó conceptos desde la física de partículas hasta 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 era 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 estén interesados en más detalles, esencialmente el universo habría sido creado en un & amp; quot; falso vacío & amp; quot; 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 (a & amp; quot; true vacuum & amp; quot; 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. En 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 planitud. Incluso si el universo tuviera curvatura cuando comenzó, esa expansión haría que pareciera plano hoy. (Considere que el tamaño de la Tierra es lo suficientemente grande como para que nos parezca plano, aunque sabemos que la superficie en la que nos encontramos es la curva fuera de una esfera.)
Del mismo modo, 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 grandes distribuciones desiguales de energía, ellos y amp; apos; d ser demasiado lejos para que lo percibamos. Esta es una solución al problema de homogeneidad.
Refinación de la teoría
El problema con la teoría, por lo que Guth podía decir, era que una vez que comenzara la inflación, continuaría para siempre. Parecía no existir 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, 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 ocupaba de este problema, mientras que en este lado de la cortina de hierro (esto era la década de 1980, recuerde) Andreas Albrecht y Paul J. Steinhardt aparecieron con una solución similar.
Esta variante más nueva de la teoría es la que realmente ganó tracción 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:
- inflación cosmológica
- inflación cósmica
- inflación
- inflación antigua (versión original de la teoría de 1980 de Guth & amp; apos;)
- nueva teoría de la inflación (el nombre de la versión con el problema de la burbuja solucionado)
- inflación lenta (el nombre de la versión con el problema de burbuja solucionado)
También hay dos variantes estrechamente relacionadas de la teoría, inflación caótica y inflación eterna , que tienen algunas distinciones menores. En estas teorías, el mecanismo de inflación no sucedió una vez inmediatamente después del Big Bang, sino que ocurre una y otra vez en diferentes regiones del espacio todo el tiempo. Positan un número rápidamente multiplicador de & amp; quot; universos de burbujas & amp; quot; 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 don & amp; apos; t realmente las consideran teorías distintas.
Al ser una teoría cuántica, existe una interpretación de campo de la teoría de la inflación. En este enfoque, el mecanismo de conducción es el campo inflaton o .
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 los 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 conducir a una visión de la energía oscura, o viceversa.
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