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“Teoría Inflacionaria”

Nuestro universo se ha mantenido en expansión durante todo ese tiempo, mientras otros universos podrían haber colapsado antes de que se formaran las estrellas. Si el universo hubiera colapsado antes de un millón de años, nunca llegaría a enfriarse por debajo de los 3000 K y durante toda su existencia sería una bola de fuego opaca a temperatura uniforme. Una expansión inicial algo más lenta habría conducido a un universo muy diferente del nuestro; y lo mismo habría sucedido con una expansión muy rápida: la energía de expansión habría superado la gravedad y la materia nunca se hubiera condensado en forma de galaxias.

La teoría de la Gran Explosión no es en realidad una teoría de una gran explosión, es solamente una teoría de las consecuencias de un estallido. Las ecuaciones de esta teoría describen como la bola de fuego primordial se expandió, se enfrió y solidificó para formar galaxias, estrellas y planetas. La teoría de la Gran Explosión no nos dice nada acerca de qué fue lo que explotó, por qué explotó ni que sucedió antes de que explotase.

HISTORIA

Esta teoría fue desarrollada a inicios de la década de 1980, por el científico estadounidense Alan Guth, con el objetivo de explicar los primeros momentos del Universo; tomando en cuenta que en la formulación de la Teoría de la Gran Explosión, quedaron varios problemas por resolver como los siguientes:

El estado inicial de la materia, no permitía aplicar las leyes físicas normales

El estado de uniformidad del Universo, era difícil de explicar, porque de acuerdo con la Teoría del BIg Bang, la expansión del universo se dió con demasiada rapidez como para desarrollar esta uniformidad.


Alan Guth basó la formulación de la teoría inflacionaria en el trabajo de Stephen Hawking, que había estudiado campos gravitatorios sumamente fuertes, como los que se encuentran cerca de un agujero negro o en el inicio del Universo, donde se expone que toda la materia del Universo pudo crearse por fluctuaciones cuánticas en un espacio vacío, bajo estas condiciones. Se suponía que nada existía antes de la existencia del universo como un punto con densidad infinita; en este punto estaba concentrada toda la materia, la energía, el espacio y el tiempo y según esta teoría lo que desencadenó la gran explosión, es una fuerza inflacionaria ejercida en una cantidad de tiempo inapreciable, que permitió que se formará una región observable del universo. La Teoría hace la diferencia entre un universo real y un universo observable, siendo el universo observable el habitado por el hombre, que es mucho más pequeño que el universo real. (Microsoft® Encarta®. 2008. Teoría inflacionaria ).



¿QUE ES LA TEORÍA INFLACIONARIA?



La teoría del universo inflacionario es una teoría de la “explosión” de la Gran Explosión, y modifica solamente la interpretación de los primeros 10-36 segundos de la historia del universo, que pueden explicar su gigantesco tamaño y su equilibrio entre la gravedad y la expansión. En los últimos años se han encontrado poderosos argumentos teóricos y experimentales en favor de la existencia de una fuerza de naturaleza antigravitatoria, que produciría una repulsión cósmica que sería superior a la

fuerza de atracción gravitatoria a las grandes densidades que había en el universo primitivo.

Cuando el universo tenía apenas 10-36 segundos, su expansión se habría acelerado exponencialmente. Esto explicaría la homogeneidad del universo embrionario y la estabilidad del equilibrio entre las energías cinética y gravitatoria. La repulsión se debería a la particular naturaleza del espacio en esa fase primitiva. Antes de que se diferenciaran las fuerzas nucleares y electromagnéticas, el espacio vacío habría tenido una gran cantidad de energía latente, que tenía la

propiedad de producir una presión negativa, la que según las ecuaciones de la teoría de la relatividad general de Einstein, crea un campo gravitatorio atractivo. Sin embargo, una presión negativa también genera un campo gravitatorio repulsivo. En un estado efímero del universo primitivo, producto del superenfriamiento extremo, y que recibe el nombre de falso vacío, el componente de repulsión del campo gravitatorio es tres veces más fuerte que el componente de atracción. El falso vacío conduce a una repulsión gravitatoria muy fuerte, que hace que el universo se expanda exponencialmente.

La expansión se describe mediante la duplicación del tiempo, que según las teorías de gran unificación debe ser aproximadamente de 10-37 segundos. En este pequeño intervalo de tiempo, todas las distancias del universo se expanden hasta alcanzar el doble de su tamaño inicial. Después de duplicarse tres veces sería ocho veces su tamaño original y luego de 100 duplicaciones, que equivalen a sólo a unos 10-35 segundos, el universo sería 1030 veces su tamaño inicial.

Considerando que el estado de falso vacío superenfriado no es estable, la expansión exponencial no continua indefinidamente. El falso vacío desaparece finalmente debido al efecto túnel cuántico de un campo escalar (campos de Higgs); el campo no genera efecto túnel en todos los lugares del espacio al mismo tiempo, sino que al igual que sucede con el agua hirviendo, las burbujas de vacío se materializan aleatoriamente en el espacio, al igual que las burbujas de vapor se forman al azar en el agua hirviendo. Cada burbuja comienza siendo pequeña, pero las burbujas de la desintegración del falso vacío crecen a una velocidad cercana a la de la luz hasta que se van fusionando para llenar el espacio.

La energía que se almacena en estos campos escalares, produce partículas de alta energía que colisionan o crean otras partículas, lo cual produce una sopa caliente de partículas a alta temperatura, que constituye exactamente el punto de partida que se supone para el desarrollo de la cosmología de la teoría estándar de la Gran Explosión. Estos campos escalares los cuales tienen valores distintos de cero en el vacío, y sirven para crear las diferencias entre las partículas que de otra manera serían iguales, son los responsables de todas las características que distinguen a los electrones de los neutrinos y los quarks, componentes fundamentales de toda la materia.



FUNCIONAMIENTO


El funcionamiento de la teoría inflacionaria sigue en discusión, los físicos cosmólogos han creído entender los sucesos desde que el Universo tenía una diezmilésima de segundo de antigüedad, cuando la temperatura era de un billón de grados y la densidad era en todas partes la que existe actualmente en el núcleo de un átomo. Donde las partículas materiales como electrones o protones eran intercambiables con energía en forma de fotones, los cuales perdían energía, o desaparecían por completo, y la energía perdida se transformaba en partículas. Caso contrario sucedía con las partículas, desaparecían y su energía reaparecía como fotones, según la ecuación E = mc2. Estas condiciones descritas son extremas en comparación con la experiencia diaria, pero corresponden a energías y densidades estudiadas rutinariamente en los aceleradores de partículas: por eso los científicos están convencidos de entender lo que ocurría cuando todo el Universo se hallaba en ese estado

¿Acabará alguna vez la expansión del universo?

La constante cosmológica ejerce una repulsión gravitatoria y causa una expansión sumamente rápida del universo. El universo no se expande, sino que primero se infla de repente y a medida que se congela el flujo de partículas, el proceso expansivo se retoma. Para que este proceso tenga lugar se requiere que en estos primeros instantes, la velocidad sea superior a la de la luz. Consideramos que el horizonte de este universo se encuentra a 13.800.000.000 de años luz, sin embargo el tamaño actual del horizonte es el triple del que tendríamos que esperar.

Yakov Zeldovich propuso un universo oscilante o pulsante, un modelo en que el universo se expande según el Big Bang, pero en un momento de inflexión, el universo deja de expandirse y comienza la contracción que debe alcanzar el estadio final, el Big Crunch, la gran contracción. El universo se contrae a la misma velocidad que se ha expandido anteriormente y habrá un momento en que las cosas se precipiten y por efectos gravitatorios cuánticos el proceso debe ser similar al que afectó al universo en expansión.

Pero la contracción puede colapsar en un nuevo Big Bang, en un proceso que se repetiría indefinidamente. Este proceso se conoce también como universo Fénix, pero su denominación habitual es universo oscilante.