Remendar una teoría
¿Sabes que a veces haces una pregunta, pero la respuesta que obtienes no es una explicación completa de todo?
Como esta pregunta: ‘¿Por qué un avión vuela rápido?’ Y esta respuesta estándar: «Porque tiene motores potentes». ¿Si lo? ¿Qué significa eso realmente? En realidad, no explica todo. Claro, un avión tiene motores potentes, pero ¿qué los hace poderosos? ¿Qué los hace girar? ¿Cómo despega el avión gracias a ellos? La respuesta en sí no es incorrecta; simplemente no explica todo.
Precisamente este problema existe en la teoría estándar del Big Bang. Hay dos cosas que no tienen en cuenta esta teoría que parecen bastante misteriosas. Son los problemas de planitud y horizonte. En breve se aclarará por qué son un problema y cómo la noción de un universo inflacionario soluciona estos problemas para la teoría del Big Bang.
Los problemas de planitud y horizonte
Una cosa que la teoría del Big Bang no explica muy bien es por qué la densidad del universo está tan cerca de la densidad crítica , la densidad promedio de materia y energía que se necesita para hacer que el espacio sea plano, en lugar de curvo. La densidad de energía de nuestro universo está compuesta por aproximadamente un 71,4% de energía oscura, aproximadamente un 24% de materia oscura fría y aproximadamente un 4,6% de materia ordinaria (es decir, átomos) y debido a que está tan cerca de la densidad crítica, creemos que es casi completamente plano en la naturaleza.
Este punto me lleva al problema de la planitud , algo que el modelo estándar del Big Bang no puede explicar o dar cuenta. El problema de la planitud es la noción interesante de que el universo primitivo tenía la cantidad justa de materia para hacerlo plano. En otras palabras, si la densidad inicial del universo hubiera sido un poco más alta o más baja que la densidad crítica, nuestro universo no sería plano y estaría curvado hoy. Esto significa que la densidad del universo primitivo era exactamente la de la densidad crítica o muy cercana a ella.
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El otro problema es el problema del horizonte . Esta es la incapacidad de la teoría estándar del Big Bang para explicar por qué la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB) es tan increíblemente uniforme en todo nuestro universo.
He aquí por qué esto es un problema. El CMB que vemos en lados opuestos de nuestro cielo alguna vez se originó en regiones del universo que estaban mucho más cerca unas de otras. Aun así, cuando el CMB se originó en la era del desacoplamiento a 400.000 años después del Big Bang, ¡estas regiones todavía estaban separadas por millones de años luz!
Eso es un problema porque, dada la edad de nuestro universo, ¡ni siquiera la luz podría haber viajado lo suficientemente rápido como para salvar tales distancias para intercambiar información entre las dos regiones distantes! En otras palabras, si una región hubiera estado más caliente que la otra, ¡no debería haber habido suficiente tiempo para que la energía más caliente fluyera a la región más fría para promediar la temperatura! Por lo tanto, ¿cómo es que nuestro universo es tan uniforme a gran escala dondequiera que mires, a pesar del hecho de que esas regiones aparentemente nunca podrían haber interactuado para igualarse entre sí?
Explicaré cómo en un segundo, pero quiero reiterar que los problemas de planitud y horizonte no niegan ni contradicen el modelo estándar del Big Bang. Es solo que este modelo no explica estos problemas: por qué el universo es tan uniforme y por qué el universo se formó muy cerca de la densidad crítica.
El universo inflacionario
Por tanto, algo más debe explicar todo esto. Y ahí es donde entra el universo inflacionario , una versión de la teoría del Big Bang que explica la expansión muy rápida de nuestro universo temprano.
Antes de explicar cómo la inflación resuelve estos problemas, necesito que sepas algo más. Conocemos cuatro fuerzas que gobiernan nuestro universo. Son la gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza fuerte y la fuerza débil. La gravedad que seguramente conoces, ya que ciertamente te ha ayudado a caer antes. La fuerza electromagnética es la sustancia que pega imanes al metal, entre otras cosas. La fuerza fuerte une los núcleos atómicos y la fuerza débil está involucrada en la desintegración radiactiva.
Desde el comienzo del Big Bang, los astrónomos creen que la fuerza electromagnética y la fuerza débil se combinaron en una sola fuerza llamada fuerza electrodébil. La fuerza electrodébil también se combinó con la fuerza fuerte.
Dentro de las fracciones más pequeñas del primer segundo después del Big Bang, los astrónomos creen que la fuerza fuerte se separó de la fuerza electrodébil. Esto liberó enormes cantidades de energía que inflaron el universo en 100 billones de billones de billones de billones de veces (10 ^ 50) o más.
Pero antes de esta inflación, la región del universo de la que estamos recibiendo radiación CMB en este momento era extremadamente pequeña, más pequeña que el núcleo de un átomo. Tan pequeño que, a pesar de los pequeños períodos de tiempo involucrados aquí, todavía había tiempo suficiente para que la energía se transfiriera a través de esta región de manera uniforme. Esto ayuda a resolver el problema del horizonte.
El problema de la planitud también se resuelve con la inflación. Durante la inflación, la curvatura del universo se acercó a la planitud de la misma manera que al inflar un globo se aplanan las regiones de su superficie. Dicho de otra manera, es posible que el universo se haya curvado a la derecha cuando fue creado. Sin embargo, expandirlo a proporciones tan épicas durante la época inflacionaria hizo que su curvatura se aplanara como un globo cuando se infla.
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Resumen de la lección
Una cosa que la teoría del Big Bang no explica muy bien es por qué la densidad de nuestro universo está tan cerca de la densidad crítica , la densidad promedio de materia y energía que se necesita para hacer que el espacio sea plano, en lugar de curvo.
Esto conduce al llamado problema de la planitud , la interesante noción de que el universo primitivo tenía la cantidad justa de materia para hacerlo plano. Además, el modelo estándar de Big Bang tiene otro problema, llamado problema del horizonte . Esta es la incapacidad de la teoría estándar del Big Bang para explicar por qué la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB) es tan increíblemente uniforme en todo nuestro universo.
El universo inflacionario , una versión de la teoría del Big Bang que explica la expansión muy rápida de nuestro universo temprano, nos ayuda a resolver estos problemas de una manera diferente. Durante la fracción más pequeña del primer segundo después del Big Bang, la fuerza fuerte se separó de la fuerza débil, y esto hizo que el universo se inflara o expandiera en un factor enorme.
Antes de esto, el universo era lo suficientemente pequeño como para permitir un intercambio uniforme de energía, lo que explica su uniformidad a gran escala en la actualidad. Además, la inflación del universo primitivo lo aplanó como la curvatura de un globo se aplana en su superficie cuando se infla, ayudando así a resolver el problema de la planitud.
Los resultados del aprendizaje
Después de revisar esta lección, debería tener la capacidad de:
- Definir densidad crítica
- Describe los dos problemas que la teoría del Big Bang no resuelve
- Explicar el universo inflacionario y cómo explica los problemas de planitud y horizonte.
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