Pregunta originalmente respondida: ¿Cómo explica la caótica teoría de la inflación de Linde diferentes leyes físicas y constantes en otros universos?
Esta es una pregunta bastante difícil de responder, especialmente porque no soy un experto en el tema, pero daré lo mejor de mí.
La idea básica detrás de la inflación es que el espacio se llena con un campo escalar conocido como inflaton. En cada punto del espacio, el campo tiene un valor particular. Por alguna razón, este campo varía en el tiempo. Se podría decir que este campo representa una distribución inicial de energía en el espacio, el potencial. En general, puede haber varios campos, según el modelo específico.
- ¿Hay alguna empresa que todavía esté haciendo una investigación fundamental en física?
- Física: ¿Qué hace exactamente la energía de localización?
- ¿Es posible golpear una bala con una bala?
- ¿Se puede comprimir el aire? ¿Y si pudiera ser?
- ¿Qué campos de la física son accesibles para la investigación de un estudiante de primer año que ayudará a una futura carrera en física teórica de la materia condensada?
Hay que recordar que la inflación fue concebida originalmente como un mecanismo para explicar ciertas características de un solo universo, a saber, el nuestro. Por observación tenemos razones para creer que nuestro universo se está expandiendo, al menos ese parche del universo que podemos ver. Esto podría tomarse simplemente como un hecho bruto, pero nuestras observaciones en realidad dicen más que esto. Nos dicen que no solo se está expandiendo el universo, sino que la velocidad a la que se expande varía con el tiempo.
Incluso hemos podido determinar en gran medida la tasa de expansión del universo en el tiempo, aunque, por supuesto, la precisión de estos datos es bastante burda. Sin embargo, las características generales se hacen evidentes con el tiempo, como el hecho de que en este momento la expansión se está acelerando.
Afortunadamente, nuestra mejor teoría de la estructura del universo en general, la relatividad general, puede explicar tales observaciones a través de una variable, conocida como la constante cosmológica. Una forma de interpretar esta constante cosmológica es como una sustancia extra en el universo que interactúa con la gravedad. Es una sustancia que tiene presión negativa. En lugar de contraerse bajo la gravedad, se expande.
Esta sustancia, conocida como energía de vacío, actúa para alterar la tasa de expansión del universo. La razón de esto es algo extraño.
Hay varios tipos diferentes de sustancias en el universo que observamos. Por ejemplo, tenemos materia y tenemos radiación. Estas diferentes sustancias se diluyen a diferentes velocidades en un universo en expansión. Lo que esto significa es que, si observamos un volumen de espacio dado a lo largo del tiempo, veremos que la densidad relativa de estas sustancias cambia con el tiempo. Sin embargo, esta energía de vacío tiene la propiedad peculiar de que no se diluye con la expansión, por lo que con el tiempo se convertirá en el componente dominante de cualquier región del espacio.
En cualquier caso, el punto principal es que la composición del universo cambia con el tiempo y eso puede dar lugar a cambios en la tasa de expansión general del universo. Para resolver otros problemas, lo que se necesitaba era un período de expansión extremadamente rápida, una expansión exponencial, de hecho, para suavizar cualquier parche no liso en el espacio, pero no demasiado liso, no del todo.
Ingrese la inflación. El campo inflatón contiene mucha energía, que se considera como una energía potencial distribuida por el espacio. Todo lo que necesitamos es algún mecanismo por el cual toda esa energía pueda ser vertida en la expansión y una forma de cambiarla nuevamente.
Los mecanismos precisos varían según el modelo específico, todos deben resolver estos problemas, porque, observacionalmente, no parece que vivamos en un universo en expansión exponencial. Si lo somos, entonces el factor exponencial debe ser apropiadamente pequeño.
Pero no pasó mucho tiempo para darse cuenta de que esto también se aplicaría en el caso de que estemos en un espacio de fondo que se expanda exponencialmente, con, por cualquier razón, el potencial en alguna región local repentinamente se redujo al mínimo. Toda la energía se liberaría como energía “caliente” allí, algo que recuerda a una gran explosión. Pero esto sería localizado. Esto podría ocurrir en varios lugares diferentes, que recuerdan múltiples big bangs.
Después de ese largo preludio, intentaré responder a su pregunta. Probablemente el parámetro principal que impulsa la física posible en cualquier región del espacio es el contenido de energía de esa región. La densidad de energía de cualquier región del espacio en un grado abrumador determina qué procesos pueden ocurrir allí.
Incluso si suponemos que el universo de fondo tiene un conjunto fijo de leyes y constantes, la energía neta disponible para un universo determinará, en esencia, qué procesos pueden ocurrir en ese universo. Como consecuencia, estas diferentes regiones en el espacio evolucionarán en bestias completamente diferentes, con diferentes conjuntos de partículas existentes, dependiendo de la cantidad de energía necesaria para crearlas y la disponibilidad de energía.
La razón subyacente de que podría haber diferencias entre las constantes fundamentales tiene que ver con el fenómeno de ruptura de simetría. Esto tiene que ver con una simetría que es evidente en las ecuaciones subyacentes. Es muy posible que las leyes de la naturaleza no dicten explícitamente que una constante específica tenga un cierto valor, sino que varias constantes juntas satisfacen alguna restricción. En ese caso, en general, habría varios conjuntos posibles de valores para estas constantes, que dentro de cada universo se manifestarían. Sin embargo, por la simetría subyacente, todos estos universos satisfacen las mismas leyes básicas. Los valores de todos los valores posibles que realmente aparecen en un universo particular son algo aleatorios. La analogía a menudo presentada aquí es la analogía del sombrero mexicano que se explica en la ruptura espontánea de la simetría, con la siguiente imagen.
Rotura de simetría espontánea
El mensaje principal de esta imagen es que, aunque la imagen total es completamente simétrica, esto ya no aparece desde la perspectiva de la pelota en el diagrama de la derecha. Y, sin embargo, cuando la pelota se cae de la parte superior del sombrero, una posición de equilibrio muy inestable, debe terminar en algún lugar del borde. Desde esta perspectiva, el mínimo izquierdo habría sido equivalente.
Al no ser un experto en el tema, agradecería cualquier error que haya cometido al señalarme en los comentarios.
