domingo, 6 de noviembre de 2011

Teoría Inflacionaria - Aporte de Lilibeth Monge A

Teoría Inflacionaria
Según Tipler y Mosca (2010), el universo se inició con un cataclismo singular llamado Big-Bang y se encuentra en expansión. (p.1406).
Para la cosmología se toman diversas teorías científicas acerca del origen del universo, las más aceptadas son la del Big Bang y la teoría Inflacionaria, que se complementan y se acepta que el origen del universo es el instante en que apareció toda la materia y la energía que tenemos actualmente en el universo, como consecuencia de una gran explosión. Esta postulación es abiertamente aceptada por la ciencia en nuestros días y conlleva que el universo podría haberse originado hace entre 13.500 y 15.000 millones de años, en un instante definido.

Teoría Inflacionaria.
La teoría de la inflación del universo, fue propuesta por primera vez por el físico y cosmólogo estadounidense Alan Guth en el año 1981, pero de forma independiente el cientifico Andrei Linde y Andreas Albrecht,  junto con Paul Ateinhardt  le dieron su forma moderna.
En la década de 1930, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble,  confirmó que el universo se estaba expandiendo, fenómeno que Albert Einstein con la teoría de la relatividad general había predicho anteriormente.
Dentro de las ideas de la comunidad científica acerca del origen del universo, la teoría inflacionaria tiene una gran aceptación, en sus inicios fue propuesta por Alan Harvey Guth y  Andrei Linde en los años ochenta,  esta teoría explica los primeros instantes del universo. Los intereses de la investigación están en el ámbito de la teoría de partículas y en la aplicación de la teoría de partículas al universo temprano.
Según Sears etc al (1996), la teoría del Big Bang, en cuanto a la expansión del universo pierde velocidad, mientras que la teoría inflacionaria lo acelera e induce el distanciamiento, cada vez más rápido, unos objetos de otros. (p.1259).
La teoría general de la relatividad toma un punto de vista radicalmente diferente de la expansión descrita con el big bang, de acuerdo con esta teoría, la longitud de onda incrementada no es causada por un desplazamiento Doppler conforme el universo se expande en un espacio previamente vacio y el incremento resulta de la expansión del espacio mismo y de todo lo contenido en el espacio intergaláctico, incluidas las longitudes de onda de la luz que llega a nosotros de fuentes distantes. (Sears, etc al 1996, p.1438)
La velocidad de separación llega a ser superior a la velocidad de la luz, sin violar la teoría de la relatividad, que prohíbe que cualquier cuerpo de masa finita se mueva más rápido que la luz. Lo que sucede es que el espacio alrededor de los objetos se expande más rápido que la luz, mientras los cuerpos permanecen en reposo en relación con él. A esta extraordinaria velocidad de expansión inicial se le atribuye la uniformidad del universo visible, las partes que lo constituían estaban tan cerca unas de otras, que tenían una densidad y temperatura comunes.
En cuanto a los promotores de la teoría inflacionaria mencionamos el cientifico Alan H Guth del Instituto Tecnológico de Massachussets (M.I.T.), el cual sugirió en 1981 que el universo caliente, en un estadio intermedio, podría expandirse exponencialmente. Guth postulaba que el proceso de inflación se desarrollaba mientras el universo primordial se encontraba en el estado de superenfriamiento inestable. Este superenfriado es común en las transiciones de fase; por ejemplo en condiciones adecuadas el agua se mantiene líquida por debajo de cero grados. Por supuesto, el agua superenfriada termina congelándose; este suceso ocurre al final del período inflacionario.
Guth basó su teoría inflacionaria en el trabajo de físicos como Stephen Hawkins, que había estudiado campos gravitatorios sumamente fuertes, como los que se encuentran en las proximidades de un agujero negro o en los mismos inicios del Universo. Este trabajo muestra que toda la materia del Universo podría haber sido creada por fluctuaciones cuánticas en un espacio ‘vacío’ bajo condiciones de este tipo. La obra de Guth utiliza la teoría del campo unificado para mostrar que en los primeros momentos del Universo pudieron tener lugar transiciones de fase y que una región de aquel caótico estado original podía haberse hinchado rápidamente para permitir que se formara una región observable del Universo.

Por otra parte en 1982, el cosmólogo ruso Andrei Linde introdujo lo que se llamó "nueva hipótesis del universo inflacionario". Linde se dio cuenta de que la inflación es algo que surge de forma natural en muchas teorías de partículas elementales, incluidos los modelos más simples de los campos escalares. Si la mayoría de los físicos han asumido que el universo nació de una sola vez; que en un comienzo éste era muy caliente, y que el campo escalar en el principio contaba con una energía potencial mínima, entonces la inflación aparece como natural y necesaria, lejos de un fenómeno exótico apelado por los teóricos para salir de sus problemas. Se trata de una variante que no requiere de efectos gravitatorios cuánticos, de transiciones de fase, de un superenfriamiento o también de un supercalentamiento inicial.

En las primeras millonésimas de segundo tras el big bang, las 4 fuerzas fundamentales de la naturaleza estaban unidas, la gravedad, las interacciones fuerte y débil, así como el electromagnetismo estaban unidas en un único bosón que a la fecha no se ha podido reproducir en condiciones de laboratorio.

La primera fuerza en separarse fue la gravedad, dejando "unidas" las 3 fuerzas restantes. En la actualidad las GUTs (Grand Unified Theories) explican el comportamiento de estas tres fuerzas cuando estaban unidas.

La siguiente fase, representó una enorme liberación de energía que proporcionó el impulso necesario para que en cuestión de milésimas de segundo el Universo creciera prácticamente a su tamaño actual.

Esta fase consistió en la separación de la interacción fuerte (representada por los gluones) y la fuerza electro-débil. La separación fue tan energética que el Universo creció de unos cuantos centímetros a prácticamente su tamaño actual en cuestión de segundos. En estos momentos aún no había materia en el Universo, todo estaba regido por extraordinarias cantidades de energía en forma de radiación y la distribución de la misma en el incipiente Universo demostró no ser uniforme, así que durante esta fase inflacionaria, fue que se fijaron las grandes estructuras que podemos observar en el Universo.

Un rastro que podemos "observar" en la actualidad del período es la radiación cósmica de fondo, que corresponde al Universo tal y como era 400,000 años después del big bang, que fue cuando éste se enfrió por debajo de los 3,000 grados Kelvin y se hizo transparente para los fotones. Si se observa en cualquier dirección, se puede ver que la radiación es bastante uniforme, pero no tanto, varía en una parte por cada 100,000, pero esa variación es suficiente para explicar la formación de estrellas, galaxias, etc en el universo actual.
Considerando todos los posibles tipos y valores de campos escalares en el universo primordial y tratando de comprobar si alguno de ellos conduce a la inflación, se encuentra que en los lugares donde no se produce ésta, se mantienen pequeños, y en los dominios donde acontece terminan siendo exponencialmente grandes y dominan el volumen total del universo. Considerando que los campos escalares pueden tomar valores arbitrarios en el universo primordial, Andrei Linde llamó a esta hipótesis "inflación caótica".(Wikipedia,2011)

La teoría inflacionaria, predice que el universo debe ser esencialmente plano, lo cual puede comprobarse experimentalmente, ya que la densidad de materia de un universo plano guarda relación directa con su velocidad de expansión.

La otra predicción comprobable de esta teoría tiene que ver con las perturbaciones de densidad producidas durante la inflación. Se trata de perturbaciones de la distribución de materia en el universo, que incluso podrían venir acompañadas de ondas gravitacionales. Las perturbaciones dejan su huella en el fondo cósmico de microondas, que llena el cosmos desde hace casi 15 mil millones de años.
La teoría inflacionaria se basa en estudios sobre campos gravitatorios fortísimos, como los que hay cerca de un agujero negro. Supuestamente nada existía antes del instante en que nuestro universo era de la dimensión de un punto con densidad infinita, conocida como una singularidad. En este punto se concentraban toda la materia, la energía, el espacio y el tiempo. Según esta teoría, lo que desencadenó el primer impulso del Big Bang es una "fuerza inflacionaria" ejercida en una cantidad de tiempo prácticamente inapreciable. Se supone que de esta fuerza inflacionaria se dividieron las actuales fuerzas fundamentales. La separación de la fuerza fue análoga a un cambio de fase, como la ebullición de un líquido con un calor asociado de vaporización. (Sears, etc. al 1996, p.1443)
Según Wikipedia (2011), la inflación es un mecanismo concreto para realizar el principio cosmológico,  que es la base de nuestro modelo de cosmología física, es responsable de la homogeneidad y la isotropía del Universo observable.
La  fuerza inflacionaria fue un impulso, que actuó en un tiempo tan inimaginablemente pequeño, fue tan violento que el universo continúa expandiéndose en la actualidad. Edwin Hubble corroboró que actualmente,  inclusive el universo se expande, ya que se estima que en solo 15 x 10-33 segundos ese universo primigenio multiplicó sus medidas por 100. ()
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 un espacio 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, esto no significa que el parámetro de Hubble se esté incrementando.
Se han propuesto varias teorías de la inflación que hacen predicciones radicalmente diferentes, pero que generalmente tienen mucho más ajuste fino de lo necesario, como modelo físico, sin embargo, la inflación es más valorable al predecir robustamente las condiciones iniciales del Universo basándose en sólo dos parámetros ajustables: el índice espectral (que sólo puede cambiar en un pequeño rango) y la amplitud de las perturbaciones. Excepto en modelos artificiales, esto es verdad a pesar de cómo se realiza la inflación en la física de partículas.
La inflación predice que las estructuras visibles en el Universo hoy se formaron a través del colapso gravitacional de perturbaciones que se generaron como fluctuaciones mecánicas cuánticas en la época inflacionaria.
El final de la inflación es conocido como recalentamiento o termalización porque la gran energía potencial se descompone en partículas y rellena el Universo con radiación. Como la naturaleza del inflatón, no se conoce, este proceso sigue estando pobremente comprendido, aunque se cree que toma lugar a través de una resonancia paramétrica.[

Imágenes.

Gran explosión, imagen tomada de Wikipedia.

Fuerzas en el Universo. Tomada de Wikipedia.



 Expansión del Universo. Tomada de Wikipedia.

Videos.
video.google.com/videoplay?docid=-3953153455735338644



Bibliografía.

Wikipedia, 2011, recuperado el 29 de octubre de 2011.

Sears F. W, Zemansky. M. W, Young H.D y Freedman R. A. Física universitaria. 1996. Volumen 2. Addison – Wesley Longman, U.S.A.

Tipler Paul A y Mosca Gene, 2010. Barcelona. Reverté.

www.astromia.com/astronomia/teoinflacionaria.htm, recuperado el 01 de noviembre de 2011.




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