Asunto:     | La teoría del Big Bang tiene fallas.
Fecha:      | 21 Ene 2010
ID de mensaje: | hjajoj$1l6n$1@news.telesweet.net

Uno de los problemas básicos es que sin inflación, o algo parecido, puntos a más de
algunos grados de distancia entre sí en el cielo todavía no habrían tenido tiempo de "comunicarse" entre sí desde
el big bang. Pero observamos que la radiación cósmica de fondo de microondas ("CMBR" o "CMB")
es uniforme en una parte de 100,000. No hay una razón obvia por la que la CMBR debe verse igual en parches del cielo que jamás
han estado en contacto entre sí.

Podríamos simplemente hipotesizar que el Universo comenzó desde un estado temprano muy uniforme; dado que todavía no conocemos la física relevante, esto es ciertamente posible. El problema no es que el modelo del big bang sea incoherente sin inflación, solo que requiere una suposición que muchas personas consideraban “antinatural”. Hubo intentos de explicar esta uniformidad —por ejemplo, una etapa inicial caótica que “mezclara” el Universo de forma más completa—, pero la mayoría no funcionó en detalle.

La inflación ofrece una explicación distinta: básicamente, que todo el Universo visible creció desde una región inicial muy pequeña, en la que asumir uniformidad podría ser más natural. Aún no está claro si esta es una explicación razonable; todavía se necesita un parche de espacio diminuto y uniforme para que la inflación comience, y en la actualidad uno de los principales temas de investigación es cuán comunes deberían ser tales parches.

El éxito principal de la inflación fue algo que no se previó al inicio. Como dije, la CMBR es uniforme en una parte de 100,000. Pero a menor escala, presenta un patrón de fluctuaciones muy específico. La inflación lo explica: se trata de fluctuaciones cuánticas ordinarias, debido al principio de incertidumbre, en el diminuto parche inicial, ampliadas por la inflación hasta el tamaño del Universo. Esto no es solo una “historia”: son un conjunto de predicciones cuantitativas muy detalladas, que se han probado con una precisión muy alta. De nuevo, esto no es una “prueba” de la inflación, pero la mayoría de las alternativas propuestas hasta ahora parecen muy forzadas.

> Lo que no entiendo es qué mecanismo(s) hicieron que la inflación empezara y terminara
> cuando lo hizo. ¿Puede ofrecer una explicación que yo pueda entender?

Parte del problema es que la respuesta no es única: hay una serie de mecanismos distintos que pueden causar que la inflación empiece y termine. Intentaré describir el más simple (y quizá el más probable).

La analogía cotidiana más cercana es la de burbujas de vapor que “se hinchan” en una olla de agua hirviendo. La característica principal es una transición de fase, como la transición de líquido a gas. Cuando un campo cuántico sufre una transición de fase, su presión y energía cambian, de nuevo como el agua. Pero según la relatividad general, presión y energía determinan el campo gravitatorio y la estructura del espacio-tiempo, y una transición de fase puede cambiar de forma drástica la expansión del Universo.

En particular, la inflación ocurrirá si un campo cuántico tiene una energía potencial no nula constante, o casi constante. Hay que pensar en esto como la energía de la interacción del campo consigo mismo, aproximadamente análoga a la energía de enlace de las moléculas de agua. Si un campo salta de un valor de energía potencial a otro en alguna región pequeña —ya sea por túnel cuántico o por fluctuaciones térmicas ordinarias— esto puede nucle ar una “burbuja” de espacio en expansión. La inflación continuará hasta que la energía potencial caiga a cero.

(Por conservación de la energía, esa energía potencial tiene que ir a algún sitio. Va a la “recalentación” del Universo, creando una mezcla caliente de partículas y antipartículas. Allí es donde comienza el modelo estándar del big bang caliente).

Lo que he descrito hasta ahora es un modelo, o un conjunto de modelos, más que una teoría detallada. Para ir más lejos, tendríamos que saber exactamente qué campo cuántico es responsable de este comportamiento y tendríamos que entender sus interacciones, que determinan su energía potencial. Esa es una pregunta abierta. La esperanza es que mediciones más precisas de la CMBR puedan ayudar a definir esto —los detalles *muy finos* de las fluctuaciones dependen de los detalles de la inflación— y que, quizá, una partícula relevante pueda aparecer en experimentos de aceleradores. Pero sospecho que esto tomará un tiempo.

Steve Carlip