anterior siguiente primera última Índice Autoevaluación Actividades
 
     
       
1.6. Universo inflacionario


   
 

Cuando la temperatura del universo desciende a T = 1032 K, y su edad era t = 10-43 s, tiene lugar la primera ruptura espontanea de la unidad inicial y la gravedad aparece como una fuerza separada. Comienza un periodo denominado GUT (Grand Unified Theories), descrito por las teorías de la gran unificación, que concluye a los 10-35 s (T = 1027K) al ocurrir el desacoplamiento de la fuerza nuclear intensa con las fuerzas electromagnética y nuclear débil. La separación de estas dos últimas fuerzas ( figura 8 ) ocurrirá cuando la temperatura descienda a 1015 K (t = 10-12 s ).

En el intervalo de tiempo comprendido entre 10-35 s y 10-24 s, tiene lugar el llamado proceso inflacionario durante el cual el tamaño de universo aumenta por un factor de 1050, que es comparable a la acumulación los efectos de la expansión producidos a lo largo de miles de millones de años. La teoría predice que en el universo primordial existía una forma particular de energía denominada energía de vacío que no estaba asociada con la radiación ni con las partículas. Los efectos producidos pueden caracterizarse con una presión negativa de manera que el universo, en lugar de experimentar una expansión moderada, crece rápidamente de forma exponencial. El vacío del que hablamos no es el que describe la mecánica clásica, sino la teoría cuántica y corresponde a un estado de energía mínima, fundamental, que no es nula.

El modelo inflacionario surgió por la incapacidad de la cosmología estándar para explicar estos primeros momentos. Era necesario recurrir a hipótesis, que están insuficientemente justificadas, para establecer las condiciones iniciales del universo y además, favorecía la producción excesiva de unas partículas exóticas denominadas monopolos magnéticos, que no es compatible con las observaciones. La inflación resuelve además dos problemas importantes: el horizonte y la planitud del universo.

Recordemos que la ley de Hubble establece que la velocidad de una galaxia, v, es proporcional a su distancia. Supongamos que el universo tiene una geometría ordinaria y la velocidad de una galaxia es la máxima posible, esto es la velocidad de la luz, c. Su distancia, definida clásicamente, será dmax = c/Ho. Este valor define un horizonte más allá del cual no podemos observar ningún objeto del universo. Dentro de él, las galaxias pueden interactuar intercambiando señales. Están causalmente en contacto. Para justificar el elevado grado de isotropía del universo actual, todas las regiones debieron estar causalmente en contacto en algún momento de la vida del universo aun cuando actualmente ya no lo estén. Sin embargo en un instante t después del inicio del universo, el tamaño del horizonte fue c x t, que es menor que el radio del universo en esa época. Esta situación plantea el llamado problema del horizonte.

La cuestión de la planitud del universo surge cuando diversas predicciones teóricas y resultados observacionales establecen que la densidad media del universo, W , podría ser actualmente cercana a la unidad. En este caso el espacio en los primeros instantes debió tener una curvatura prácticamente nula.

El modelo inflacionario resuelve ambos problemas al producir un aumento considerable de tamaño en un periodo muy corto de tiempo. Por un lado, una simple región se expande hasta llenar todo el universo. Por otro, el tamaño aumenta en un factor de 1050 , haciendo que la curvatura, que es la inversa del radio, sea extremadamente pequeña.

La teoría de la inflación parte de unas condiciones iniciales muy versátiles y llega de manera rigurosa a otras que sirven de partida a la cosmología estándar enlazando así con ella. La evolución posterior del universo queda rigurosa y consistentemente descrita por el modelo estándar, que predice resultados que pueden ser ya controlados observacionalmente.

   
       
anterior siguiente