Alan Guth

Teoría inflacionariaEditar

El primer paso de Guth para desarrollar su teoría de la inflación se produjo en Cornell en 1978, cuando asistió a una conferencia de Robert Dicke sobre el problema de la planitud del universo. Dicke explicó cómo el problema de la planitud mostraba que algo importante faltaba en la teoría del Big Bang en ese momento. El destino del universo dependía de su densidad. Si la densidad del universo era lo suficientemente grande, colapsaría en una singularidad, y si la densidad real de la materia en el cosmos era inferior a la densidad crítica, el universo se haría cada vez más grande.

La siguiente parte en el camino de Guth llegó cuando escuchó una conferencia de Steven Weinberg a principios de 1979. Weinberg habló en dos conferencias sobre la Gran Teoría Unificada (GUT) que se había desarrollado desde 1974, y cómo podía explicar la enorme cantidad de materia en el universo en comparación con la cantidad de antimateria. La GUT explicaba todas las fuerzas fundamentales conocidas en la ciencia, excepto la gravedad. Estableció que en condiciones muy calientes, como las posteriores al Big Bang, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil se unían para formar una sola fuerza. Weinberg también fue quien enfatizó la idea de que el universo pasa por transiciones de fase, similares a las fases de la materia, al pasar de alta energía a baja energía. La discusión de Weinberg sobre por qué la materia es tan dominante sobre la antimateria mostró a Guth cómo se podían obtener cálculos precisos sobre las partículas estudiando los primeros segundos del universo.

Guth decidió resolver este problema sugiriendo un sobreenfriamiento durante una transición de fase retardada. Esto parecía muy prometedor para resolver el problema del monopolo magnético. Para cuando Guth y su colaborador Henry Tye idearon eso, Guth había ido al Centro del Acelerador Lineal de Stanford (SLAC) durante un año. Tye les sugirió que comprobaran que la expansión del universo no se vería afectada por el superenfriamiento. El estado de superenfriamiento es un falso vacío: es un vacío en el sentido de que es el estado de menor densidad de energía posible; es «falso» al no ser un estado permanente. Los falsos vacíos decaen, y Guth descubriría que, sorprendentemente, el decaimiento del falso vacío al principio del universo produciría una expansión exponencial del espacio. Esto resolvió el problema del monopolo, ya que la expansión reduce proporcionalmente la densidad del monopolo.

Guth se dio cuenta, a partir de su teoría, de que la razón por la que el universo parece ser plano era que se había ampliado hasta un tamaño tan abrumador en comparación con su tamaño original. La perspectiva es análoga a la aparente planitud de la Tierra, a escala humana, cuando se ve desde su superficie. El universo observable era en realidad sólo una parte muy pequeña del universo real. La teoría tradicional del Big Bang consideraba que los valores de omega cercanos a 1 eran desconcertantes, porque cualquier desviación de 1 se convertiría rápidamente en algo mucho, mucho mayor. En la teoría de la inflación, no importa dónde comience omega, se acercaría a 1 debido a la escala de la expansión del universo. De hecho, una de las principales predicciones de la teoría inflacionista es que omega será precisamente 1.

Dos semanas después, Guth escuchó a sus colegas discutir algo llamado el problema del horizonte. La radiación de fondo de microondas descubierta por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson parecía extremadamente uniforme, sin apenas variación. Esto parecía muy paradójico porque cuando la radiación se liberó unos 300.000 años después del Big Bang, el universo observable tenía un diámetro de 90 millones de años luz. No hubo tiempo para que un extremo del cosmos se comunicara con el otro, porque la energía no puede moverse más rápido que la velocidad de la luz. La paradoja se resolvió, como pronto comprendió Guth, con la teoría de la inflación. Ya que la inflación comenzó con una cantidad de materia muy inferior a la que presuponía el Big Bang, una cantidad tan pequeña que todas las partes habrían estado en contacto entre sí. El universo se infló entonces, a una velocidad correspondiente a mil millones de veces la velocidad de la luz, y la homogeneidad permaneció intacta. El universo después de la inflación habría sido muy uniforme, aunque sus partes ya no pudieran influirse mutuamente.

Guth hizo públicas por primera vez sus ideas sobre la inflación en un seminario en el SLAC en enero de 1980. Ignoró los monopolos magnéticos porque se basaban en suposiciones de la GUT, que estaba fuera del ámbito de la ponencia. En agosto de 1980, presentó su trabajo, titulado «Inflationary universe: Una posible solución a los problemas del horizonte y la planitud» a la revista Physical Review. En este artículo, Guth postulaba que la inflación del universo podría explicarse si el universo estuviera superenfriado 28 órdenes de magnitud por debajo de las temperaturas críticas necesarias para un cambio de fase.

En diciembre de 1981, Guth leyó un artículo del físico moscovita Andrei Linde en el que decía que todo el universo está dentro de una sola burbuja, por lo que nada se destruye con las colisiones de las paredes. Esta conclusión se hizo utilizando un campo de Higgs con un gráfico de energía que fue propuesto originalmente por Sidney Coleman y Erick Weinberg. Guth discutió esto con Linde, que había estado trabajando independientemente en la inflación de burbujas, pero sin considerar el problema de la planitud. Linde y Guth acabaron intercambiando artículos sobre el tema.

En 1983, Guth había publicado un artículo en el que describía que su escenario de universo superenfriado no era ideal, ya que el «mecanismo de activación» para salir de dicho estado requeriría un «ajuste fino extremo de los parámetros» y consideraba que se necesitaba una solución más natural. Sin embargo, esto no le disuadió de la creencia de que el universo se expandió exponencialmente en el vacío en sus primeros tiempos.