Resumen de la explicación del modelo inflacionario del universo

Modelo inflacionario del universo.
La inflación cósmica es un conjunto de propuestas en el marco de la física teórica para explicar la expansión ultrarrápida del universo en los instantes iniciales y resolver el llamado problema del horizonte. La inflación fue por primera vez propuesta por el físico y cosmólogo estadounidense Alan Guth en 19811 e independientemente Andrei Linde,2 y AndreasAlbrecht junto con Paul Steinhardt3 le dieron su forma moderna. Aunque el mecanismo responsable detallado de la física de partículas para la inflación se desconoce, la imagen básica proporciona un número de predicciones que se han confirmado por pruebas observacionales. La inflación es actualmente considerada como parte del modelo cosmológico estándar de Big Bang caliente. La partícula elemental ocampo hipotético que se piensa que es responsable de la inflación es llamada inflatón.

La inflación sugiere que hubo un periodo de expansión exponencial en el Universo muy pre-primigenio. La expansión es exponencial porque la distancia entre dos observadores fijos se incrementa exponencialmente, debido a la métrica de expansión del Universo (un espacio-tiempo con esta propiedad es llamado unespacio de Sitter). Las condiciones físicas desde un momento hasta el siguiente son estables: la tasa de expansión, dada por la constante de Hubble, es casi constante, lo que lleva a altos niveles de simetría. La inflación es a menudo conocida como un periodo de expansión acelerada porque la distancia entre dos observadores fijos se incrementa a una tasa acelerante cuando se mueven alejándose. Lainflación resuelve varios problemas en la cosmología del Big Bang que fueron señalados en los años 1970.8 Estos problemas vienen de la observación que para parecerse a como es el Universo hoy, el Universo tendría que haber empezado de unas condiciones iniciales "especiales" o muy puestas a punto cerca del Big Bang. La inflación resuelve estos problemas proporcionando un mecanismo dinámico que conduce alUniverso a este estado especial, de esta manera formando un Universo como el nuestro mucho más natural en el contexto de la teoría del Big Bang. La inflación cósmica tiene el efecto importante de resolver heterogeneidades, anisotropía y la curvatura del espacio. Esto pone al Universo en un estado muy simple, en el que está completamente dominado por el campo inflatón y las únicas heterogeneidadessignificativas son las débiles fluctuaciones cuánticas en el inflatón.

Un requisito clave es que la inflación tiene que continuar lo suficiente para producir el Universo observable actual de un simple, pequeño volumen de Hubble inflacionario. Esto es necesario para asegurar que el Universo parece plano, homogéneo e isótropo en las escalas observables mayores. Este requisito está generalmentepensado para satisfacerse si el Universo se expandió con un factor de al menos 1026 durante la inflación.10 Al final de la inflación, ocurre un proceso llamado recalentamiento, en el que las partículas inflatón decaen en la radiación que empieza el caliente Big Bang. No se conoce cuando duró la inflación, pero normalmente se piensa que fue extremadamente corta comparado con la edad del Universo.Asumiendo que la escala de energía de inflación está entre 1015 y 1016 eV,

como se sugiere en los modelos más simples, el periodo de inflación responsable del Universo observable probablemente duró unos 10-33 segundos. El problema del horizonte12 13 14 es el problema de determinar por qué el Universo parece estadísticamente homogéneo e isótropo de acuerdo con el principio cosmológico. Lasmoléculas de gas en un bote de gas están distribuidas homogénea e isótropicamente porque están en equilibrio térmico: el gas a través del bote ha tenido suficiente tiempo para interactuar, para disipar las heterogeneidades y las anisotropías. La situación es bastante diferente en el modelo del Big Bang sin inflación, porque la expansión gravitacional no da al Universo primigenio suficiente tiempo para...