Teoría de la inflación reúne ideas de física cuántica y partículas fisicas 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 de tiempo espacial—Que no se explicó previamente en el marco de la teoria del Big Bang.
Desarrollado 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 gran teoría del bang, a pesar de que las ideas centrales de la teoría del big bang estaban bien establecidas durante años antes del desarrollo de la inflación teoría.
Los orígenes de la teoría de la inflación
los teoria del Big Bang había demostrado ser bastante exitoso a lo largo de los años, especialmente después de haber sido 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 del 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 estén 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 el mecanismo de Higgs se activó), y fue este proceso de sobreenfriamiento el que impulsó el período inflacionario de rápido 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, aunque sabemos que la superficie en la que nos encontramos es la curva exterior de una esfera).
Del mismo modo, la energía se distribuye de manera uniforme porque cuando comenzó, éramos una parte muy pequeña del universo, y esa parte de el universo se expandió tan rápido que si hubiera grandes distribuciones desiguales de energía, estarían demasiado lejos para que 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 claro mecanismo de cierre 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 estaba de este lado del cortina de Hierro (esto fue en la década de 1980, recuerda) Andreas Albrecht y Paul J. A Steinhardt se le ocurrió 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:
- inflación cosmológica
- inflación cósmica
- inflación
- vieja inflación (la versión original de 1980 de la teoría de Guth)
- 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 la 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 solo ocurrió una vez inmediatamente después del Big Bang, sino que sucede una y otra vez en diferentes regiones del espacio todo el tiempo. Ellos postulan un número que se multiplica rápidamente de "universos de burbujas" como parte de la multiverso. Algunos físicos señalan que estas predicciones están presentes en todos versiones de la teoría de la inflación, así que no las consideres teorías distintas.
Al ser una teoría cuántica, existe una interpretación de campo de la teoría de la inflación. En este enfoque, el mecanismo impulsor es el campo de inflaton o partícula de inflaton.
Nota: Mientras que el concepto de energía oscura En la teoría cosmológica moderna también se 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 son las formas en que la teoría de la inflación podría conducir a la comprensión de la energía oscura, o viceversa.