Inflación cósmica

La hipótesis de que debió existir un corto y espectacular período inflacionario en el cual el Universo se expandió aceleradamente en proporciones excepcionales (unas diez a la sesenta veces), a unos 10^-34 segundos de iniciada la Gran Explosión que probablemente dio origen al Universo del cual formamos parte, fue una propuesta realizada por los científicos Paul J. Steinhardt y Alan H. Gutt a principios de la década de 1980 y ha sido motivo de investigaciones ulteriores, que la han ido adaptando a los resultados de las observaciones cosmológicas posteriores.

1.1.                    Hipótesis de la gran explosión.

1.     Las leyes fundamentales de la Física no cambian con el tiempo y los efectos gravitacionales son descritos por la Relatividad General.

2.     Inicialmente el Universo está ocupado por un gas muy caliente en expansión junto con el propio espacio a la misma velocidad, en equilibrio térmico (condición para aplicar las ecuaciones termodinámicas, la ecuación de estado en particular).

3.     Los cambios en el estado de la materia y la radiación ocurrieron con suficiente suavidad como para no afectar la historia termodinámica del Universo.

1.2.                    Predicciones

1.     Las galaxias se alejan unas de otras con velocidades proporcionales a su distancia relativa, a medida que el Universo se expande (ley de Hubble).

2.     Debe existir una radiación de fondo impregnando todo el Universo, como resultado del calor reinante en el inicio. Esta es la conocida radiación de fondo de microondas, o CMB, descubierta por Arno Penzias y Robert Wilson de laboratorios Bell en 1964.

3.     Formación de núcleos atómicos livianos durante los primeros minutos luego de la explosión, con proporciones razonablemente ajustadas a la existencia de helio 4, deuterio, helio 3 y litio 7.

1.3.                    Problemas

1.     Uniformidad a gran escala del Universo. Resulta que según la gran explosión, regiones que desde la Tierra tengan una apertura angular de entre 1.2 a 1.7 grados (en el espacio profundo) no pueden tener relaciones causales entre sí, dado que están separadas por distancias más grandes que la que la luz podría recorrer y por lo tanto la información no pudo intercambiarse entre ellas. Esto hace que sea inexplicable por qué presentan una uniformidad, o sea, una forma y temperaturas similares, como sí puede ocurrir con zonas ligadas causalmente, dado que pueden perfectamente llegar al equilibrio térmico dado que la información pudo desplazarse de unas a otras y por lo tanto sí tienen relación causal y el equilibrio térmico es posible entre ellas.

2.     No uniformidad a escalas pequeñas. Esto es, el Universo debía tener inhomogeneidades a pequeñas escalas, única forma mediante la cual pudieran formarse los agrupamientos de materia, galaxias, cúmulos de galaxias y supercúmulos de cúmulos. Esta inhomogeneidad no tiene explicación y debe incluírse como hipótesis ad hoc.

3.     La planitud del Universo. La Relatividad general predice un Universo que puede tener curvatura positiva (ser cerrado sobre sí mismo), ser plano, o tener curvatura negativa (abierto). Sin embargo, para el caso de que fuese plano esto requeriría condiciones iniciales muy precisas y cualquier desvío de tales condiciones provocaría su inestabilidad, es decir, pasaría fácilmente a ser esférico (curvatura positiva) o en silla de montar (curvatura negativa). Sin embargo hoy, después de trece mil setecientos millones de años, la densidad del Universo es tal que éste es prácticamente plano.

4.     Exceso de monopolos magnéticos. Según la teoría del big bang, en los primeros instantes debieron formarse un exceso de monopolos magnéticos, de órdenes enormes, y sin embargo no se han observado aún hoy monopolos magnéticos en el espacio.

1.4.                    Bibliografía

-La burbuja de la inflación cósmica. Anna Ijjas, Paul J. Steinhardt, Abraham Loeb. Investigación y Ciencia Abril 2017

-El buen estado de la cosmología inflacionaria. Juan García-Bellido. Investigación y Ciencia abril 2017.

-El universo inflacionario, Alan H. Guth, Paul J. Steinhardt. Libros de investigación y ciencia. Cosmología. 1988.

-Cosmología Física. Jordi Cepa. Akal. 2007.

-Universo primitivo: etapa inflacionaria. Benito Marcote. Mayo 2011. (pdf público).

- El multiverso cuántico. Yasumori Nomura. Investigación y Ciencia, agosto 2017.