Alan Guth

Teoria da inflaçãoEditar

O primeiro passo de Guth para desenvolver sua teoria da inflação ocorreu em Cornell em 1978, quando ele assistiu a uma palestra de Robert Dicke sobre o problema da planicidade do universo. Dicke explicou como o problema da planicidade mostrava que algo significativo estava faltando na teoria do Big Bang na época. O destino do universo dependia da sua densidade. Se a densidade do Universo fosse suficientemente grande, ele colapsaria numa singularidade, e se a densidade real da matéria no cosmos fosse inferior à densidade crítica, o Universo ficaria cada vez maior.

A próxima parte do caminho de Guth veio quando ele ouviu uma palestra de Steven Weinberg no início de 1979. Weinberg falou em duas palestras sobre a Grande Teoria Unificada (GUT) que tinha sido desenvolvida desde 1974, e como ela poderia explicar a enorme quantidade de matéria no universo em comparação com a quantidade de antimatéria. O GUT explicava todas as forças fundamentais conhecidas na ciência, exceto a gravidade. Estabeleceu que em condições muito quentes, como as do Big Bang, o eletromagnetismo, a força nuclear forte e a força nuclear fraca estavam unidas para formar uma só força. Weinberg também foi quem enfatizou a idéia de que o universo passa por transições de fase, semelhantes às fases da matéria, quando passa de alta energia para baixa energia. A discussão de Weinberg sobre porque a matéria é tão dominante sobre a antimatéria mostrou a Guth como cálculos precisos sobre partículas poderiam ser obtidos estudando os primeiros segundos do universo.

Guth decidiu resolver este problema sugerindo um super resfriamento durante uma transição de fase atrasada. Isto pareceu muito promissor para resolver o problema do monopolo magnético. Na época em que Guth e seu colaborador Henry Tye inventaram isso, Guth tinha ido para o Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) por um ano. Tye sugeriu que eles verificassem se a expansão do universo não seria afetada pelo super resfriamento. O estado de super-resfriamento é um falso vácuo: é um vácuo no sentido de que é o estado de menor densidade de energia possível; é “falso” já que não é um estado permanente. O falso vácuo decai, e Guth descobriria que, surpreendentemente, a decadência do falso vácuo no início do universo produziria uma expansão exponencial do espaço. Isso resolveu o problema do monopolo, já que a expansão reduz proporcionalmente a densidade do monopolo.

Guth percebeu, a partir de sua teoria, que a razão pela qual o universo parece ser plano era que ele tinha aumentado para um tamanho tão avassalador em comparação ao seu tamanho original. A perspectiva é análoga à aparente planicidade da Terra, em escala humana, quando vista a partir da sua superfície. O universo observável era na verdade apenas uma parte muito pequena do universo real. A teoria tradicional do Big Bang encontrou valores de ômega perto de 1 que eram intrigantes, porque qualquer desvio de 1 se tornaria rapidamente muito, muito maior. Na teoria da inflação, não importa onde o ômega começa, ele se aproximaria de 1 por causa da escala de expansão do universo. Na verdade, uma grande previsão da teoria da inflação é que ômega será encontrado precisamente 1,

Duas semanas depois, Guth ouviu colegas discutindo algo chamado problema do horizonte. A radiação de fundo de microondas descoberta por Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson apareceu extremamente uniforme, quase sem variância. Isso parecia muito paradoxal porque quando a radiação foi liberada cerca de 300.000 anos após o Big Bang, o universo observável tinha um diâmetro de 90 milhões de anos-luz. Não havia tempo para uma extremidade do cosmos se comunicar com a outra, porque a energia não se pode mover mais rapidamente do que a velocidade da luz. O paradoxo foi resolvido, como Guth logo percebeu, pela teoria da inflação. Desde que a inflação começou com uma quantidade de matéria muito menor do que o Big Bang tinha pressuposto, uma quantidade tão pequena que todas as partes teriam estado em contacto umas com as outras. O universo então inflou, a uma taxa correspondente a um bilhão de vezes a velocidade da luz, e a homogeneidade permaneceu ininterrupta. O universo após a inflação teria sido muito uniforme, mesmo que suas partes não fossem mais capazes de se influenciar umas às outras.

Guth tornou públicas suas idéias sobre inflação em um seminário no SLAC em janeiro de 1980. Ele ignorou os monopolos magnéticos porque eles eram baseados em suposições do GUT, que estava fora do escopo do discurso. Em agosto de 1980, ele apresentou seu trabalho, intitulado “Universo inflacionário”: Uma possível solução para os problemas do horizonte e da planeza” à revista Physical Review. Neste artigo Guth postulou que a inflação do universo poderia ser explicada se o universo fosse super-resfriado 28 ordens de magnitude abaixo das temperaturas críticas necessárias para uma mudança de fase.

Em dezembro de 1981, Guth leu um artigo do físico de Moscou Andrei Linde dizendo que o universo inteiro está dentro de apenas uma bolha, então nada é destruído por colisões de paredes. Esta conclusão foi feita usando um campo de Higgs com um gráfico de energia que foi originalmente proposto por Sidney Coleman e Erick Weinberg. Guth discutiu isso com Linde, que tinha trabalhado independentemente sobre a inflação da bolha, mas sem considerar o problema da planicidade. Linde e Guth acabaram trocando artigos sobre o assunto.

Por volta de 1983, Guth tinha publicado um artigo descrevendo como o seu cenário de universo super-refrigerado não era o ideal, pois o “mecanismo desencadeador” para sair de tal estado exigiria “ajuste extremamente fino dos parâmetros” e sentia que era necessária uma solução mais natural. No entanto, isso não o dissuadia de acreditar que o universo se expandia exponencialmente em um vácuo em seu início de vida.