Historia de la cosmología de los mitos al universo inflacionario

Debilidad de la teoría de la inflación cósmica

La teoría de la inflación propone un periodo de expansión extremadamente rápido (exponencial) del universo durante sus primeros momentos. Se desarrolló en torno a 1980 para explicar varios enigmas con la teoría estándar del Big Bang, en la que el universo se expande de forma relativamente gradual a lo largo de su historia.

La teoría de la inflación, desarrollada por Alan Guth, Andrei Linde, Paul Steinhardt y Andy Albrecht, ofrece soluciones a estos problemas y a otras cuestiones abiertas en cosmología. Propone un período de expansión extremadamente rápida (exponencial) del universo antes de la expansión más gradual del Big Bang, durante el cual la densidad de energía del universo estuvo dominada por una constante cosmológica de energía del vacío que posteriormente decayó para producir la materia y la radiación que llenan el universo en la actualidad.

La inflación fue rápida y fuerte. Aumentó el tamaño lineal del universo en más de 60 «e-folds», o un factor de ~10^26 en sólo una pequeña fracción de segundo. En la actualidad, la inflación se considera una extensión de la teoría del Big Bang, ya que explica muy bien los enigmas anteriores, al tiempo que mantiene el paradigma básico de un universo homogéneo en expansión. Además, la teoría de la inflación vincula ideas importantes de la física moderna, como la ruptura de simetría y las transiciones de fase, con la cosmología.

Explicación de la teoría de la inflación

Nuestro universo comenzó con una explosión, un big bang. La explosión estiró el tejido mismo del espacio-tiempo, enviando materia sobrecalentada en todas direcciones. Al expandirse, la materia se enfrió y comenzó a agregarse, formando átomos, luego elementos, después estrellas, galaxias y, finalmente, todo lo que conocemos y vemos hoy.

La respuesta está en su teoría de la inflación cósmica. «Establece las condiciones para el big bang, como una precuela», dice Guth, profesor de física del MIT. Por desarrollar esa teoría, Guth y dos de sus colegas, Andrei Linde, de la Universidad de Stanford, y Alexei Starobinsky, del Instituto Landau de Física Teórica de la Academia Rusa de las Ciencias, cerca de Moscú, fueron galardonados con el Premio Kavli 2014 de astrofísica.

Según la teoría, durante menos de una millonésima de trillonésima de trillonésima de segundo tras el nacimiento del universo, una forma exótica de materia ejerció una fuerza contraintuitiva: la repulsión gravitatoria. Aunque normalmente pensamos que la gravedad es atractiva (imaginemos a Isaac Newton y la manzana que cae), la teoría de la relatividad general de Albert Einstein permite esa fuerza.

Línea de tiempo de la historia de la cosmología

El término Big Bang fue acuñado por el astrónomo británico Sir Fred Hoyle en una emisión de radio de la BBC en 1949. Se impuso, a pesar de que transmite una imagen totalmente engañosa de una «explosión». En realidad, el Big Bang fue totalmente diferente a cualquier explosión que conozcamos.

En una explosión convencional, la metralla sale volando hacia un espacio preexistente. Pero, en el caso del Big Bang, no había ningún espacio preexistente. Todo el espacio -por no hablar de la materia, la energía e incluso el tiempo- estalló y comenzó a expandirse espontáneamente. Además, en una explosión convencional, las cosas salen volando desde un único punto del espacio. El Big Bang, sin embargo, no se produjo en un lugar concreto. Cada punto del espacio explotó alejándose de cualquier otro punto del espacio.

Se ha llegado a comparar la expansión -que continúa hoy en día con las galaxias, como nuestra Vía Láctea, que se alejan unas de otras- con el crecimiento de un pastel con pasas. A medida que el pastel se hincha, todas las pasas se alejan de las demás, y ninguna es el centro de la expansión. La analogía con nuestro universo no es, por supuesto, perfecta, ya que un pastel tiene un borde y el universo, por lo que sabemos, no. O bien es eterno, o bien se repliega sobre sí mismo, como una versión de mayor dimensión de la superficie de un balón de fútbol.

Wikipedia

En cosmología física, la inflación cósmica, la inflación cosmológica o simplemente la inflación, es una teoría de expansión exponencial del espacio en el universo primitivo. La época inflacionaria duró desde 10-36 segundos después de la supuesta singularidad del Big Bang hasta algún momento entre 10-33 y 10-32 segundos después de la singularidad. Tras el periodo inflacionario, el universo siguió expandiéndose, pero a un ritmo más lento. La aceleración de esta expansión debida a la energía oscura comenzó cuando el universo ya tenía más de 7.700 millones de años (hace 5.400 millones de años)[1].

La teoría de la inflación se desarrolló a finales de los años 70 y principios de los 80, con notables contribuciones de varios físicos teóricos, como Alexei Starobinsky en el Instituto Landau de Física Teórica, Alan Guth en la Universidad de Cornell y Andrei Linde en el Instituto de Física Lebedev. Alexei Starobinsky, Alan Guth y Andrei Linde ganaron el Premio Kavli 2014 «por ser pioneros en la teoría de la inflación cósmica»[2]. Explica el origen de la estructura a gran escala del cosmos. Las fluctuaciones cuánticas en la región inflacionaria microscópica, magnificadas hasta el tamaño cósmico, se convierten en las semillas del crecimiento de la estructura en el Universo (ver formación y evolución de las galaxias y formación de la estructura)[3] Muchos físicos también creen que la inflación explica por qué el universo parece ser igual en todas las direcciones (isotrópico), por qué la radiación cósmica de fondo de microondas se distribuye uniformemente, por qué el universo es plano y por qué no se han observado monopolos magnéticos.