Para nosso grande pesar, não temos oportunidade de voltar no tempo e ver como o Universo se desenvolveu nos primeiros minutos de sua vida. Usando matemática e dados observacionais, as melhores mentes do planeta constroem os modelos mais ousados. Um deles é a inflação cósmica.
A teoria inflacionária, ou modelo inflacionário do universo, combina idéias da física quântica e da física de partículas para explorar os primeiros momentos do universo logo após o Big Bang. Segundo ela, o Universo se formou em um estado muito instável, o que provocou sua rápida expansão nos primeiros momentos. Uma das consequências dessa expansão é que o universo é muito maior do que o inicialmente previsto e se estende muito além do que nossos telescópios podem ver. Além disso, esta teoria prevê algumas propriedades que não são explicadas na estrutura da teoria do Big Bang, como distribuição uniforme de energia e geometria plana do espaço-tempo.
A teoria de um universo inflacionário foi desenvolvida pelo físico Alan Guth em 1980. Hoje é considerada uma parte geralmente aceita da teoria do Big Bang, embora as idéias centrais desta tenham sido estabelecidas muito antes da formulação da teoria inflacionária.
Como tudo começou
A teoria do Big Bang tem se mostrado muito bem-sucedida ao longo dos anos - em particular, dado que foi confirmada pela descoberta da radiação de fundo (fundo de micro-ondas). No entanto, apesar do grande sucesso dessa teoria em explicar a maioria dos aspectos observados no universo, três problemas permaneceram:
O modelo do Big Bang parecia prever um universo curvo no qual a energia era distribuída de forma desigual e no qual havia muitos monopólos magnéticos. No entanto, nada disso corresponde aos dados.
Alan Guth / Annette Boutellier.
O físico Alan Guth aprendeu sobre o problema da planura em uma palestra de Robert Dick na Cornell University em 1978. Nos anos que se seguiram, Guth aplicou conceitos da física de partículas a essa situação e desenvolveu um modelo inflacionário do universo primitivo.
Em 23 de janeiro de 1980, Guth apresentou suas descobertas em uma palestra no SLAC National Accelerator Laboratory. Sua ideia revolucionária era que os princípios da física quântica desde o cerne da física de partículas poderiam ser aplicados aos primeiros dias do Big Bang. Segundo ele, o universo deveria ter uma alta densidade de energia. De acordo com a termodinâmica, a densidade do universo deveria ter causado sua expansão a uma taxa incrível.
Na verdade, de acordo com o novo modelo da época, o Universo deveria ter surgido em um "falso vácuo" e na ausência do mecanismo de Higgs (em outras palavras, o bóson de Higgs não existia). Ela teve que passar por um processo de hipotermia em busca de um estado estável de baixa energia (o "verdadeiro vácuo" no qual o mecanismo de Higgs opera) - e foi isso que desencadeou um período de rápida expansão.
Quão rápido é isso? De acordo com o modelo, o universo estava dobrando a cada 10-35 segundos. Assim, nos primeiros 10-30 segundos após o Big Bang, ele teria dobrado de tamanho 100 mil vezes, e isso é mais do que suficiente para explicar o problema de achatamento. Mesmo que o universo tivesse alguma curvatura no início, esse grau de expansão levaria ao fato de que hoje tudo pareceria plano. (Observe que a Terra é grande o suficiente para fazer com que pareça plana para nós, embora saibamos que a superfície em que estamos é curva para formar um objeto esférico.)
As flutuações quânticas que ocorrem durante a inflação estão de fato se estendendo por todo o universo. Em sua manifestação em grande escala, a inflação leva ao fato de que o universo se torna plano e perde sua curvatura inicial / E. Siegel / Além da Galáxia.
Além disso, a energia é distribuída de forma tão uniforme devido ao fato de que no início éramos uma parte muito pequena do Universo, que se expandiu tão rapidamente que mesmo que houvesse irregularidades significativas na distribuição de energia, elas estariam muito longe de nós para nós. poderia tê-los notado ou sentido. Isso, por sua vez, serve como solução para o problema da homogeneidade.
Desenvolvimento de teoria
De acordo com o próprio Alan Guth, o problema com a teoria era que, uma vez que a inflação começasse, ela teria que continuar indefinidamente. Os cientistas não viram nenhum indício de qualquer mecanismo distinto para "desligar" esse processo.
Além disso, se o espaço estivesse se expandindo constantemente nesse ritmo, a ideia expressa anteriormente por Sidney Coleman não teria funcionado. Coleman previu que pequenas bolhas se formaram durante as transições de fase no universo primordial, que se fundiram. Na presença de inflação, as bolhas se afastariam muito rapidamente, sem ter tempo para se unir.
O físico soviético Andrei Linde chamou a atenção para esse problema. Ele estudou e descobriu que há outra interpretação que fornece uma solução para este problema. Ao mesmo tempo - ainda era a década de 1980 - do outro lado da Cortina de Ferro, Andreas Albrecht e Paul Steinhardt chegaram a uma decisão semelhante por conta própria.
Andrey Linde / LA Cicero.
A questão é que, no modelo de Guth original, mais de uma área inflacionária podia surgir, a qual, por sua vez, poderia colidir. Neste caso, o resultado foi um espaço desordenado, no qual radiação e matéria têm densidade não homogênea. Isso não era nada consistente com o que foi observado na realidade. Linde, Albrecht e Steinhardt mudaram a equação do campo escalar - e tudo fez sentido. De acordo com essa solução, nosso universo observável originou-se de uma única bolha de vácuo, que se separou de outras regiões inflacionárias do espaço. Trata-se de distâncias enormes inimagináveis - por todos os padrões.
Uma teoria tão diferente da inflação
A teoria inflacionária tem vários nomes. Por exemplo, inflação cosmológica, inflação cósmica, inflação, inflação antiga (como é chamada a versão original da teoria de Alan Guth), nova teoria inflacionária (o modelo desenvolvido por Linde, Albrecht e Steinhardt).
Existem também duas versões aproximadas da teoria: a teoria caótica da inflação e a inflação eterna. Nessas teorias, o mecanismo de inflação não aconteceu apenas uma vez - logo após o Big Bang - mas acontece repetidamente em diferentes regiões do espaço. Esses modelos pressupõem um número crescente de "universos-bolha" que fazem parte do Multiverso, ou Multiverso. Alguns físicos observam que essas previsões estão presentes em todas as versões do modelo inflacionário do universo e, portanto, não as consideram como teorias diferentes.
Vladimir Guillen
