Universo Inflacionario: Parte II – La idea de la inflación


Esta es la segunda entrada sobre la inflación cósmica. La presentación de este minicurso la tenéis en:

Universo Inflacionario: Parte I – Planteamiento e introducción

En esta ocasión nos vamos a centrar en presentar en qué consiste la idea de que el universo sufrió un proceso inflacionario. En esencia, lo que discutiremos es que en cierto instante en el origen de nuestro universo este sufrió un proceso de expansión muy rápida.

Estaría bien si en esta entrada consiguiéramos tres objetivos:

a)  Presentar la idea de la inflación.

b)  Aclarar ciertos puntos que pueden llevar a mal entendidos.

c)   Introducir alguna nomenclatura habitual en esta temática.

Radio Observable

Cuando leemos sobre cosmología muchas veces hablamos del radio del universo. Sin embargo, también es muy popular hablar de universos que son infinitos en extensión espacial, como el caso de los universos abiertos o planos.  ¿Cómo armonizamos estos conceptos?

La respuesta es simple, aún cuando el universo tenga una extensión infinita sabemos que no podemos acceder a todo el universo. Para tener “noticia” de algo en el universo este ha tenido que vivir lo suficiente para que la luz de ese algo haya podido viajar hasta nosotros. Esto es lo que define el radio observable del universo, que por comodidad se acorta a simplemente radio del universo.

Por lo tanto, ha de quedar claro que cuando hablamos sobre el radio del universo nos estamos refiriendo al trozo del mismo que nos sería teóricamente observable (si dispusiéramos de la tecnología adecuada).  No nos referimos a su tamaño total, sino a una esfera centrada en cada observador que define su trozo de universo observable. Este concepto, evidentemente, depende de cada observador.

Entonces, cuando representamos el universo, en realidad, estamos representando el radio observable del mismo y su evolución a lo largo del tiempo de vida del mismo.

La idea de la inflación

La teoría inflacionaria se basa en la idea de que cerca del origen de nuestro universo, cuando este era muy joven, se produjo un proceso de expansión acelerada muy rápida.

Es así de simple y así de complejo. En próximas entradas entraremos en los detalles de cómo el universo pudo llegar a esta expansión y de los diferentes modelos que conducen a los diferentes tipos de comportamientos inflacionarios del cosmos.  Pero por ahora nos quedaremos en la descripción más elemental:

La teoría inflacionaria establece que en el origen del universo este sufrió un proceso de expansión muy rápida.

¿Qué significa esto?

Veamos esto con las gráficas de la evolución del radio (observable) del universo.  Según la teoría estándar (para ponerse un poco al día sobre cosmología: Cosmología, una introducción fácil), nuestro universo podría tener tres casos:

a)  Que tuviera la suficiente densidad de energía como para conseguir frenar la expansión producida por el big bang y que transcurrido un tiempo el universo colapsara de nuevo.  Universo cerrado.

b)  Que tuviera la densidad de energía justa para compensar exactamente la expansión del universo sin llegar a producir el colapso. Universo plano.

c)  Que tuviera la densidad de energía tan bajita que la expansión dominara sobre la atracción gravitatoria y por tanto la expansión iría acelerando con el tiempo. Universo abierto.

(Si consideramos la participación de constante cosmológica o energía oscura lo más probable es que nuestro universo pertenezca al tercer caso. De hecho, las observaciones cosmológicas apuntan a que esta es la opción realizada en nuestro universo)

Si consideramos que nuestro universo sufrió un proceso de expansión acelerada muy fuerte cuando era muy joven, esta gráfica del radio (observable) del universo con el tiempo tendría este aspecto:

La teoría inflacionaria supone que hubo una fase expansiva muy fuerte en los primeros instantes del universo. Esto hace que el radio (observable) del universo aumentara mucho en poco tiempo. En esta imagen se ve la comparativa de los radios del universo con y sin inflación.

 Aclarando un poco más:

El efecto de la inflación es la de proporcionar un radio observable mucho más grande que el que hubiera tenido el universo sin este proceso de expansión acelerada.  Netamente lo que tenemos después de finalizada la inflación es una evolución normal del universo, dada por la teoría estándar, pero con un radio (observable) mucho mayor de lo esperado.

Para hacernos una idea de qué magnitud tiene la inflación podemos pensar que durante la misma el radio (observable) del universo creció desde el tamaño promedio de un protón hasta el del radio observable actual del universo (+/-). Sin duda, dio un buen estirón el muchacho.

¿Por qué necesitamos la inflación?

La inflación se introduce porque a pesar de que la teoría estándar cosmológica da predicciones estupendas sobre nuestro universo, por ejemplo la radiación cósmica de fondo,  también tiene algunos problemas. Os dejamos con unas entradas en las que hemos expuesto estos problemas:

Todo el mundo tiene problemas… el big bang también…

El problema del horizonte en cosmología

¿Qué tenemos que responder acerca de la inflación?

1.-  Como empezó la inflación.

2.-  Como terminó la inflación.

3.-  Los tipos de modelos inflacionarios propuestos.

4.-  Evidencias observacionales de la misma.

Esperamos que os resulte interesante el tema.

Nos seguimos leyendo…

3 Respuestas a “Universo Inflacionario: Parte II – La idea de la inflación

  1. Lo que no acabo de entender todavìa es el problema del horizonte, es decir, regiones en el Fondo Còsmico de Microonda que macroscòpicamente aparece isotropa, pero que visto desde la perspectiva microspica tiene su anisotropìa, ¿cual es la intrìnculi de esto?.

    • Que miramos a dos puntos del cielo A y B de los que nos llega radiación a la misma temperatura. Luego extrapolamos la distancia a la que estaban estos puntos cuando emitieron tal radiación y nos damos cuenta que estaban tan separados que la luz no podía ir de uno a otro, por lo tanto no hay ningún motivo para que estén a la misma temperartura.

  2. Lo primero que me hace pensar es que el espacio en ciertas circunstancias que no conocemos adquiere una característica y como consecuencia se dilata, se expande y lo hace de modo acelerado. Y la sospecha es que cuando adquiere mucha densidad, el tiempo se aproxima a cero por lo que el espacio tiene que expandirse para conservar invariante la velocidad de la luz de todo lo que se mueve o está contenido dentro de ese espacio-tiempo.

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