Teorías cosmológicas (modelo inflacionario)

La teoría inflacionaria, implica un proceso denominado inflación, en el que hubo un período de expansión exponencial en el Universo, donde la distancia entre dos observadores fijos se incrementa expotencialmente, por la métrica de expansión del Universo. La tasa de expansión dada por la constante de Hubble, es casi constante, lo que lleva a niveles de simetría muy altos. 

La inflación también se conoce como un período de expansión acelerada, dado que la distancia entre dos observadores se incrementa a una tasa acelerante si se  mueven alejándose. El proceso de inflación  también toma en cuenta las ideas cosmológicas, con la teoría cuántica y la física de las partículas elementales.

Alan Guth

Esta teoría fue desarrollada a inicios de la década de 1980, por el científico estadounidense Alan Guth, con el objetivo de explicar los primeros momentos del Universo; tomando en cuenta que en  la formulación de la Teoría de la Gran Explosión, quedaron varios problemas por resolver como los siguientes:

• El estado inicial de la materia, no permitía aplicar las leyes físicas normales
• El estado de uniformidad del Universo, era difícil de explicar, porque de acuerdo con la Teoría del BIg Bang, la expansión del universo se dió con demasiada rapidez como para desarrollar esta uniformidad.

Alan Guth  basó la formulación de la  teoría inflacionaria en el trabajo de  Stephen Hawking, que había estudiado campos gravitatorios sumamente fuertes, como los que se encuentran cerca de un  agujero negro o en el inicio del Universo, donde se expone que toda la materia del Universo pudo crearse por fluctuaciones cuánticas en un espacio vacío, bajo estas condiciones.  Se suponía que nada existía antes de la existencia del universo como un punto con densidad infinita; en este punto estaba concentrada toda la materia, la energía, el espacio y el tiempo y según esta teoría lo que desencadenó la gran explosión, es una fuerza inflacionaria ejercida en una cantidad de tiempo inapreciable, que permitió que se formará una región observable del universo. 

La Teoría hace la diferencia entre un universo real y un universo observable, siendo el universo observable el habitado por el hombre, que es mucho más pequeño que el universo real.

Modelo inflacionario

La inflación explica como una partícula extremadamente densa y caliente que contenía toda la masa y energía del Universo, siendo de menor tamaño que un protón, sale desprendida hacia el exterior en una expansión que continua en los millones de años transcurridos desde entonces.

Se considera que este empuje inicial se originó, en procesos en los que una sola fuerza unificada de la naturaleza se dividió en las cuatro fuerzas fundamentales actuales: la gravitación, el electromagnetismo y las interacciones nucleares fuerte y débil.

Esta fuerza unificada que produce la inflación sólo actuó durante una pequeña fracción de segundo, duplicando en ese tiempo, el tamaño del Universo 100 veces o más, permitiendo que una bola de energía de unos 10²⁰ veces más pequeña que un protón, se transformara en una zona de 10 cm de extensión tan sólo 15 × 10^-33 segundos.  Este empuje hacia el exterior fue tan violento que, aunque la gravedad está frenando las galaxias desde entonces, la expansión del Universo continúa en la actualidad.

El funcionamiento de la teoría inflacionaria sigue en discusión, los físicos cosmólogos han creído entender los sucesos desde que el Universo tenía  una diezmilésima de segundo de antigüedad, cuando la temperatura era de un billón de grados y la densidad era en todas partes la que existe actualmente en el núcleo de un átomo. Donde las partículas materiales como electrones o protones eran intercambiables con energía en forma de fotones, los cuales perdían energía, o desaparecían por completo, y la energía perdida se transformaba en partículas.

Caso contrario sucedía con las partículas, desaparecían y su energía reaparecía como fotones, según la ecuación E = mc². Estas condiciones descritas son extremas en comparación con la experiencia diaria, pero corresponden a energías y densidades estudiadas rutinariamente en los aceleradores de partículas: por eso los científicos están convencidos de entender lo que ocurría cuando todo el Universo se hallaba en ese estado.