Tomé un curso GR el semestre pasado, que tocó este tema. Lo que sigue es mi comprensión de la “inflación lenta”:
Primero, la inflación fue propuesta por Alan Guth por la siguiente razón:
Quedaban dos preguntas importantes sin respuesta con la “teoría del big bang” estándar:
1) El problema del horizonte , que cuestiona cómo la homogeneidad universal que vemos hoy (la temperatura en el fondo de microondas es uniforme a .0001) podría haber surgido del universo inicial que contiene [matemática] 10 ^ {83} [/ matemática] regiones causalmente desconectadas [1,2]. Para satisfacer esta observación, debemos suponer que todas estas regiones comenzaron a temperaturas idénticas en el universo inicial.
2) El problema de la planitud , que cuestiona por qué el valor inicial de la constante de Hubble se ajustó para producir el universo plano moderno que se observa. Para una solución de Friedmann a las ecuaciones de Einstein (lo que creemos que describe el universo), el universo plano es un punto fijo inestable.
Entonces, Guth propuso que el universo primitivo se expandiera exponencialmente (inflación) mientras permanecía en un “estado sobreenfriado” inestable [2]. Básicamente, en algún momento muy temprano, una gran [matemática] \ Lambda [/ matemática] (constante cosmológica) dominó la ecuación de Friedmann para que se reduzca a [matemática] H ^ 2 / (8 \ pi) = \ rho _ {\ Lambda } / 3 [/ matemáticas]; resolver para R (t) da el crecimiento exponencial. (Recuerde que [matemáticas] H = R ‘/ R [/ matemáticas], y es el tamaño del universo). Al igual que explotar un globo que está en un estado arrugado con una curvatura desconocida, la inflación toma condiciones iniciales aleatorias y lo diluye en un universo lo suficientemente grande como para que cualquier parte observable en promedio parezca plana (solución a la planeidad ). El estado inicial podría ser lo suficientemente pequeño como para estar conectado causalmente (solución a Horizon ).
- ¿La masa interactúa con su propio campo gravitacional?
- ¿Por qué debería creer que las partículas elementales son realmente elementales?
- ¿Qué son las partículas sin masa?
- ¿Qué significa la afirmación de que la teoría de cuerdas es tan comprobable como la teoría de campo cuántico?
- ¿Cómo es posible que una partícula subatómica particular se descomponga de dos o más formas diferentes?
Pero el gran problema fue cómo Guth propuso que terminara esta inflación: una especie de “transición de fase” entre el estado inflacionario y la expansión normal donde las “burbujas” de las regiones inflacionarias se formaban al azar pero eventualmente se unían en una gran “burbuja” que contenía el universo [ 2]
Andrei Linde, en 1983, sugirió por primera vez la inflación lenta , donde un campo escalar con densidad de energía positiva impregna el universo en condiciones térmicas desconocidas y caóticas. Esta energía positiva impulsaría la inflación. Dado que los campos escalares tienden naturalmente a un mínimo de energía, la inflación finalmente terminaría. Pero terminaría “lentamente” ya que la expansión del universo mantendría la densidad de energía inicialmente constante.
Aquí hay algunas matemáticas: en una métrica de Robertson-Walker [matemáticas] \ phi ” + 3H \ phi + V ‘(\ phi) = 0 [/ matemáticas]. El movimiento de una densidad de energía efectiva es [math] \ phi [/ math]; y V, el potencial juega el papel de la constante cosmológica en la ecuación de Friedmann (ignorando la curvatura, ya que la inflación aplanará el universo):
[matemáticas] 3 / (8 \ pi) H ^ 2 = 1/2 \ phi ‘^ 2 + V (\ phi) [/ matemáticas]
La inflación se producirá cuando la evolución del campo al mínimo sea gradual, de modo que la energía potencial domine la energía cinética, de modo que [math] \ phi ” << V 'y 3H \ phi' [/ math].
Aquí hay una imagen mucho más explicativa (en mi opinión) que encontré [3]: 
La inflación termina cuando el campo se mueve a un valor constante y la energía potencial deja de dominar.
Tiene razón en que la inflación lenta es simplemente un modelo efectivo, y otras explicaciones podrían ser posibles. Pero lo que hace atractiva esta imagen es que los físicos ya han predicho que los campos cuánticos impregnan uniformemente el espacio, como el campo de Higgs.
Espero que esta explicación ayude! Espero que la comunidad pueda llenar los vacíos en mi conocimiento y explicación.
Fuentes:
[1] Guth, AH y Steinhardt, PJ El universo inflacionario. Científico estadounidense . 1984
[2] Guth, AH Universo inflacionario: una posible solución a los problemas de horizonte y planitud. Phys. Rev. D. 1981 , 23, 347-356
[3] Steinhardt, PJ El debate sobre la inflación. Scientific American , 2011 , 36-43
[4] Linde, A. Comprensión actual de la inflación. Nuevas revisiones de astronomía . 2005 , 49, 35-41
