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Interrogantes al Modelo Clásico El Big Bang (el modelo cosmológico estándar) no habla del inicio, sino de la evolución del universo desde sus primeros instantes. No estamos interesados en revisar los éxitos de la teoría cosmológica estándar sino en puntualizar los problemas que llevan a introducir modificaciones.
El Problema Horizonte Existía con respecto al Big Bang el llamado problema del horizonte. El horizonte de los eventos es la distancia más allá de la cual la luz no ha tenido tiempo de llegar,, una distancia que es a la vez el limite máximo de las conexiones causales. Debido a la diferencia entre la ley de expansión del universo y la ley de la propagación de la luz, resulta que procediendo hacia el pasado el horizonte disminuye mucho mas rápidamente que las dimensiones del universo, de manera que ya en el momento de la recombinación del plasma el universo constaba de sectores para los que no hubo tiempo de comunicación entre si mediante la propagación de la luz, por lo tanto esos sectores no entraron en contacto causal
El universo es homogéneo a escalas cosmológicas, es decir, si nosotros miramos a nuestro alrededor no es homogéneo, ni a escalas astronómicas, tenemos planetas, estrellas y galaxias, pero si aumentamos la distancia, el universo es increíblemente homogéneo. La homogeneidad se ve más claramente en la radiación cósmica de fondo, donde se mide una temperatura de 2.7 grados Kelvin (2.7 grados por encima del cero absoluto) Pero eso supone un problema, para que dos cuerpos estén a la misma temperatura han tenido que intercambiar energía y los cuerpos han tenido que pasar tiempo en contacto (o intercambiando radiación). Pero la energía no se puede propagar a mayor velocidad que la velocidad de la luz, según la relatividad. Sin embargo, mirando a la radiación cósmica de fondo vemos que todo tiene la misma temperatura.
Este sin duda es el problema más interesante y “problemático” de todos los concernientes al modelo de la cosmología estándar. ¿Cómo y por qué está todo a la misma temperatura? ¿Se movían las cosas más rápido que la luz? ¿Hay otro mecanismo que explique esto?
Alan Harvey Guth es un físico y cosmólogo estadounidense. Investigador del MIT, elaboró la primera formulación de la teoría del universo inflacionario en la década de 1970.
A. Guth , propuso en 1980 una solución de conjunto a esos problemas.El modelo de Guth, llamado inflacionario, se comprende en el contexto de las teorías de unificación y añade una variante para los momentos en que se postulaba la separación de la fuerza fuerte ( a los segundos).La solución consiste en suponer un crecimiento exponencial del universo entre los y los segundos de la expansión. Las dimensiones del cosmos aumentarían en esos instantes en el orden de .La inflación podía resolver el problema del horizonte porque hacia derivar el cosmos de una región suficientemente mínima que permitía la interacción causal entre sus partes.
Al final de la inflación hay una ruptura de la simetría , dando formación a numerosas partículas con masa (leptones, quarks, con la fuerza fuerte ya diferenciada).El vacío ha alcanzado ahora una situación de mínima energía, aunque no llega a ser exactamente cero debido a fluctuaciones cuánticas por lo tanto habría un pequeño valor para la constante cosmológica. Las fluctuaciones cuánticas habrían originado dominios como burbujas, amplificadas por la expansión, esos dominios serian los responsables de las heterogeneidades observadas en el universo(estructuras galácticas),en la teoría de Guth, estas burbujas se alejarían entre si a causa de la gran fuerza expansiva, lo que se contrastaba con el universo observable
Andréi Dmítriyevich Linde es un físico teórico ruso-norteamericano y profesor de física en la Universidad de Stanford. El Dr. Linde es conocido por su teoría y trabajos sobre el concepto de inflación cósmica.
Nueva versión inflacionaria Propuesta a fines de 1981, en la inflación se daría una transición de fase mas lenta, sería mas uniforme en algunos sectores y generaría una gran burbuja homogénea en la que estaría nuestro universo, sin excluir la existencia de otras burbujas formando mini-universos junto al nuestro con los que no tendríamos comunicación debido a las paredes de dominio y por el espacio circundante de simetrías no rotas. Inflación caótica Propuesta en 1983, el universo expansivo estaría lleno de campos de Higgs, distribuidos caóticamente, y que podrían evolucionar de forma independiente dando origen a mini-universos, uno de los cuales seria el nuestro y en cada uno regiría sus propias leyes físicas. Inflación eterna El universo como entidad eterna que se auto-reproduce, dividiéndose en mini-universos mas grandes que nuestra porción observable. Esto es puramente ideal y matemático ya que no hay base empírica para afirmarlo
Giro en la cosmología moderna • La teoría inflacionaria no es una explicación completa del origen de nuestro universo , ya que esta no puede explicar el crecimiento cósmico con el perfecto equilibrio de fuerzas. • Aquí se pondrán en primer plano las formulas relativistas y la teoría cuántica de campos
Teorías Cuanto-GravitacionalesEn principio investiga el origen de la estructura gravitatoria de nuestro universo y la unificación de esta gravedad con las otras fuerzas fundamentales de la naturaleza.Los aspectos relevantes para la investigación de la física actual son: Teoría de la supergravedad Teoría de supercuerdas La gravedad fluctuante
Supergravedad • Es la supersimetría aplicada a la teoría gravitatoria. • En la supersimetría, bosones y fermiones acaban como dos facetas de la misma realidad y no como partículas separadas. • Como la supersimetría se aplica a la teoría gravitatoria, se introduce el gravitón(bosón sin masa, con espin 2) y el gravitino (fermión sin masa, con espín ) • La teoría de la supergravedad propone diferentes valores para N por ejemplo, N=1(1gravitino y un gravitón), N=2 (2gravitino y 1 gravitón más otras partículas). El grupo mas grande aceptable es N=8 (8 gravitinos, 1 gravitón más 154 partículas).
A partir de la teoría cuántico relativista de la supergravedad surge un problema, que es la necesidad de añadir nuevas dimensiones espaciales a las tres ya conocidas, lo cual debía coincidir con la supergravedad N=8, de modo que el número de dimensiones sería de 11 donde 7 estarían compactíficadas.Esta perspectiva sugiere que en el inicio del universo se daría un estado supersimétrico que por algún motivo decae en la situación de simetría rota con el crecimiento enorme de las 3 dimensiones conocidas y la compactificacion de las restantes.
Supercuerdas En los años 70 se había propuesto para la unificación de la fuerza fuerte una teoría de cuerdas.Esta teoría constaba en que las partículas físicas tradicionalmente vistas como puntiformes, eran reemplazadas, según esta teoría por excitaciones cuánticas de ultramicroscópicas “cuerdas” unidimensionales.Pero en el nuevo contexto de la supersimetría , pasa a llamarse supercuerdas al incorporar al gravitón.
Gravedad fluctuante-En la relatividad general, el campo gravitatorio se identifica con la curvatura espacio-tiempo. La gravedad es la responsable de curvar el espacio–tiempo que nos rodea.El espacio tiempo einsteniano de cuatro dimensiones sería en forma de cilindro abierto en sus extremos , donde cada línea vertical representa el tiempo, pero cada punto de este tiempo se sitúa en un corte horizontal del cilindro que representa las 3 dimensiones espaciales. El tiempo no es cerrado pero sí el espacio tridimensional.-La teoría cuántica de campos puede intervenir si el espacio-tiempo es cuantizado.-El vacío cuántico contiene fluctuaciones mínimas de energía, por lo tanto, un vacío cuántico con su espacio-tiempo curvado supone una versión de la gravedad cuántica.
Cosmologias cuánticas- Incluye las teorías inflacionarias propuestas anteriormente.-Las ecuaciones de campo de Wheeler y Dewitt, que fueron propuestas para la gravedad cuántica, donde su solución daría lugar a la hipotética función de onda ᴪ, válida para nuestro universo.
Universos madres- Universos bebesEn estado de continua agitación del espacio podría dar lugar a intensas curvaturas en sectores de pequeñas longitudes de onda que conduciría a la aparición y desaparición de agujero negros y esto conllevaría a la creación de partículas reales.El súper universo cuántico-gravitatorio podría ser la imagen de un inmenso entramado de tubos interconectados, del que pueden emerger protuberancias mas notables , quizá al principio conectadas con el universo madre mediante el cuello de un agujero negro. El desprendimiento de una protuberanciadaría lugar a un universo bebe.
