Assunto:    | A Teoria do Big Bang é falha.
Data:       | 21 jan 2010
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Uma das questões básicas é que, sem a inflação, ou algo semelhante a ela, pontos separados por mais de alguns graus no céu ainda não teriam tido tempo de se "comunicar" entre si desde o Big Bang. Mas observamos que a radiação cósmica de fundo em micro-ondas ("RCFM" ou "CMB") é uniforme em uma parte em 100.000. Não há razão óbvia para que a RCFM pareça a mesma em regiões do céu que nunca estiveram em contato umas com as outras.

Podemos *simplesmente* hipotetizar que o Universo começou a partir de um estado inicial muito uniforme -- já que ainda não conhecemos a física relevante, isso é certamente possível. O problema não é que o modelo do Big Bang seja inconsistente sem a inflação, mas sim que ele requer uma suposição que muitas pessoas consideraram "não natural". Houve um conjunto de tentativas para explicar essa uniformidade -- por exemplo, uma fase inicial caótica que "misturou" o Universo de forma mais aprofundada -- mas elas, em sua maioria, não funcionaram nos detalhes.

A inflação oferece uma explicação diferente: basicamente, que o Universo visível inteiro cresceu a partir de uma região inicial muito pequena, na qual uma suposição de uniformidade poderia ser mais natural. Ainda não está completamente claro se esta é uma explicação sensata – você ainda precisa de uma pequena região uniforme de espaço para que a inflação comece, e um tópico de pesquisa importante atualmente é o quão comuns essas regiões devem ser.

O grande sucesso da inflação foi algo que não foi previsto no início. Como disse, a CMBR é uniforme em uma parte em 100.000. Mas em níveis menores, ela apresenta um padrão muito específico de flutuações. A inflação explica essas flutuações: são flutuações mecânicas quânticas ordinárias, devido ao princípio da incerteza, na pequena região inicial, ampliadas pela inflação até o tamanho do Universo. Note que isso não é apenas uma "história" – é um conjunto de previsões quantitativas muito detalhadas, que foram testadas com muito alta precisão. Novamente, isso não é uma "prova" da inflação, mas a maioria das alternativas que foram sugeridas até agora parece muito artificial.

> O que não compreendo é qual mecanismo(s) causou a inflação a começar e parar
> quando começou e parou. Você pode oferecer uma explicação que eu possa entender?

Parte do problema é que a resposta não é única — existem vários mecanismos diferentes que podem causar a inflação a começar e a parar. Vou tentar descrever o mais simples (e talvez o mais provável).

A analogia cotidiana mais próxima são as bolhas de vapor que se "inflam" em uma panela de água fervente. A característica básica é uma transição de fase, como a transição de líquido para gás. Quando um campo quântico sofre uma transição de fase, sua pressão e energia mudam, novamente como a água. Mas, de acordo com a relatividade geral, a pressão e a energia determinam o campo gravitacional e a estrutura do espaço-tempo, e uma transição de fase pode alterar drasticamente a expansão do Universo.

Em particular, a inflação ocorrerá se um campo quântico tiver uma energia potencial constante ou quase constante, não nula. Você deve pensar nisso como a energia de interação do campo consigo mesmo, aproximadamente análoga à energia de ligação das moléculas de água. Se um campo salta de um valor de energia potencial para outro em alguma pequena região — seja por tunelamento quântico ou por flutuações térmicas ordinárias — isso pode nucleiar uma "bolha" de espaço em expansão. A inflação continuará até que a energia potencial caia para zero.

(Pela conservação de energia, essa energia potencial tem que ir para algum lugar. Ela vai para o "reaquecimento" do Universo, criando uma sopa quente de partículas e antipartículas. É de onde o modelo padrão do Big Bang quente começa.)

O que descrevi até agora é um modelo, ou um conjunto de modelos, e não uma teoria detalhada. Para avançar mais, precisaríamos saber exatamente qual campo quântico é responsável por esse comportamento, e teríamos que entender suas interações, que determinam sua energia potencial. Essa é uma questão em aberto. A esperança é que medições mais precisas da CMBR possam ajudar a esclarecer isso — os detalhes *muito* finos das flutuações dependem dos detalhes da inflação — e que, conceitualmente, uma partícula relevante possa aparecer em experimentos com aceleradores. Mas suspeito que isso levará algum tempo.

Steve Carlip