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1 de Enero de 1995
Cosmología

El universo inflacionario autorregenerante

Versiones recientes de la hipótesis inflacionaria describen el universo como un fractal autorregenerante que crea otros universos inflacionarios.

El universo autorregenerante consta, en esta simulación de ordenador, de dominios exponencialmente grandes, cada uno de los cuales tiene diferentes leyes de la física (colores). Los picos pronunciados son nuevas «grandes explosiones»; sus alturas corresponden a la densidad de energía del universo en ese punto. En la parte alta de cada pico, los colores fluctúan deprisa, señal de que las leyes de la física no se han asentado allí todavía. Estas se fijan solo en los valles, uno de los cuales corresponde al tipo de universo en el que vivimos. [SERVICIO DE ARTES VISUALES, UNIVERSIDAD STANFORD]

En síntesis

La teoría tradicional de la gran explosión describe con acierto varios aspectos de la evolución del universo. Sin embargo, adolece también de serios problemas.

La inflación cósmica postula que, en sus primeros instantes, el espacio sufrió una fase de expansión exponencial. Dicho proceso resuelve varios de los problemas de la teoría tradicional.

El mecanismo físico capaz de desencadenar la inflación cósmica no obedece a un proceso exótico, sino que aparece de manera natural en varias teorías de partículas elementales.

Sin embargo, dicho mecanismo tiene una consecuencia inesperada: conduce a la creación eterna de «burbujas» independientes, o universos, con distintas leyes físicas.

Si mis colegas y yo estamos en lo cierto, habrá que abandonar la idea de un universo primigenio similar a una bola de fuego creada en una «gran explosión» (big bang). Proponemos una teoría basada en una hipótesis formulada hacia 1980, según la cual el universo naciente sufrió una época de inflación cósmica. Dicha teoría sostiene que el cosmos creció de forma exponencial en una fracción infinitesimal de segundo y que, al final de ese período, continuó su evolución de acuerdo con el modelo de la gran explosión. A medida que se ha ido refinando el modelo inflacionario, se han descubierto consecuencias sorprendentes. Una de ellas constituye un cambio fundamental en nuestra forma de ver el cosmos. Ciertas versiones de la teoría inflacionaria afirman que el universo no es una bola de fuego en expansión, sino un inmenso fractal en crecimiento, formado por muchas burbujas en proceso de inflación que producen más burbujas, que a su vez engendran más, y así ad infinitum.

Esta forma peculiar de ver el cosmos no nació de una invención caprichosa. Varios investigadores, primero en la Unión Soviética y más tarde en Estados Unidos, propusimos la hipótesis inflacionaria para resolver ciertas complicaciones de las que adolecía la vieja idea de la gran explosión. En su forma estándar, la teoría de la gran explosión mantiene que el universo nació hace unos 14.000 millones de años a partir de una singularidad cósmica, un estado en el que la temperatura y la densidad eran infinitamente grandes. Por supuesto, no podemos realmente hablar en términos físicos de tales cantidades infinitas. Se supone que las leyes de la física que conocemos hoy no eran aplicables en aquel instante. Estas solo habrían empezado a ser válidas a partir del momento en que la densidad del universo descendió por debajo de la llamada densidad de Planck, unos 1094 gramos por centímetro cúbico.

Conforme el universo se expandía, se enfriaba progresivamente. Los restos del fuego cósmico primordial todavía nos rodean en forma del fondo cósmico de microondas, que nos dice que la temperatura del universo ha disminuido hasta 2,7 kelvin. El descubrimiento en 1965 de esta radiación de fondo por Amo A. Penzias y Robert W. Wilson, de los Laboratorios Bell, apuntaló el afianzamiento de la teoría cosmológica de la gran explosión; modelo que, además, explicaba las cuantías de hidrógeno, helio y otros elementos ligeros en el universo.

Los problemas de la gran explosión

Pero, a medida que se profundizaba en la teoría, aparecían los problemas. Por ejemplo, la teoría estándar de la gran explosión, unida a la teoría moderna de las partículas elementales, predice la existencia de muchas partículas superpesadas dotadas de carga magnética; esto es, objetos con un solo polo magnético. Estos monopolos magnéticos tendrían una masa de unas 1016veces la del protón, unos 0,00001 miligramos. Según la teoría estándar de la gran explosión, dichos monopolos habrían surgido en una fase precoz del universo y deberían abundar tanto como los protones. En ese caso, la densidad media de materia del universo sería unos 15 órdenes de magnitud mayor que su valor actual, cifrado en unos 10–29 gramos por centímetro cúbico. Este y otros problemas forzaron a los físicos a reconsiderar las hipótesis básicas implícitas en la teoría cosmológica estándar, y encontramos que muchas eran harto sospechosas. A continuación pasaré revista a seis de las más difíciles.

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