inflación eterna

El haz de un reflector se pierde en la oscuridad, pero si lo seguimos hacia atrás, chocamos con la lámpara. Con la historia del universo quizás ocurre lo mismo: al rastrear su expansión hacia atrás, nos topamos con un comienzo. Los físicos tomaron el modelo más simple: un universo que se estira por igual en todas direcciones, como un cubo cuyos lados crecen.

Todo comenzó con un estiramiento. En las primeras fracciones de segundo, el universo se infló —los físicos llaman a esto inflación. Luego, la expansión vertiginosa dio paso a una fase en la que la energía del campo se transformó en partículas ordinarias.

Un agujero negro se parece a una esfera perfectamente lisa. No tiene detalles: solo masa, carga y rotación. Esta regla se conoce como «no-hair». Pero a la naturaleza le gusta complicar las cosas: a veces, alrededor del agujero negro surge espontáneamente una nube de campo escalar (un campo especial que se describe con un solo número en cada punto).

El vacío cuántico no está vacío: está atravesado por entrelazamiento que conecta regiones distantes. Pero cuando los físicos intentaron calcular este entrelazamiento, resultaba infinito. La causa son partículas de energía muy baja que pueden extenderse por un volumen arbitrariamente grande. Son como olas a las que no se les han puesto orillas.

Una fábrica capaz de producir un millón de piezas por hora, por alguna razón, solo hace un centenar. Más o menos así se comporta nuestro universo si lo miramos a través del prisma de la entropía, esa medida del desorden que, según las leyes de la física, solo puede aumentar. Las principales "máquinas" de esta fábrica son los agujeros negros supermasivos.

El asunto del reloj en el universo es delicado. Normalmente, en los cálculos del nacimiento del mundo, el papel de reloj lo desempeña un campo escalar especial — algo así como un fluido invisible que llena todo el espacio. Hace tictac, y los físicos observan cómo cambia el mundo respecto a ese tictac. Pero ese reloj es artificial, se introdujo por comodidad.

El universo es un vasto y oscuro océano. Solo vemos la espuma brillante en su superficie: estrellas y galaxias. Pero en las profundidades se ocultan dos fuerzas invisibles: la materia oscura, que con su gravedad impide que las galaxias se dispersen, y la energía oscura, que, por el contrario, empuja el propio espacio, haciendo que el…

Los primeros instantes después del Big Bang: el espacio se expande rápidamente — los físicos llaman a este período inflación. Dentro de este tejido en expansión, como burbujas de jabón en una corriente de aire, comienzan a formarse regiones de nuevo vacío — ocurre una transición de fase de primer orden.

La gravedad es una fuerza asombrosamente débil. Un pequeño imán sostiene un clip desafiando la atracción de todo un planeta. Los físicos han buscado durante mucho tiempo la causa de esta debilidad, y una de las conjeturas nos lleva a dimensiones ocultas. Quizás la gravedad se 'extiende' por ellas, perdiendo fuerza en nuestro mundo tridimensional.

2.1 × 10⁻⁹ es aproximadamente la variación de temperatura en el cielo, como si en la superficie del océano se midieran ondas de una fracción de milímetro de altura. Esta minúscula inhomogeneidad está grabada en el fondo cósmico de microondas y nos habla del origen mismo del tiempo.

10⁻¹²⁰. No es solo un número pequeño, es un abismo. Esta es la relación entre la densidad de energía oscura y la densidad de Planck, la escala natural de la gravedad cuántica. La colosal diferencia de ciento veinte órdenes de magnitud pareció durante mucho tiempo un enigma insoluble.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo experimentó una expansión vertiginosa — la inflación—, que estiró las fluctuaciones cuánticas hasta escalas que hoy vemos en la radiación de fondo de microondas.

El universo temprano se expandió a una velocidad vertiginosa, una fase que llamamos inflación. Pero, ¿cómo lo hizo exactamente? Algunos modelos describen la expansión como un ascenso exponencial pronunciado; otros, como un movimiento más pausado de ley de potencias.

Cuando después del Big Bang el cosmos en enfriamiento perdía la simetría primordial, en los campos surgían tensiones, como si en un vidrio que se solidifica crecieran microfisuras. Los monopolos globales, predichos por Gerard 't Hooft y Polyakov, se convirtieron en «cicatrices» similares en el tejido del universo.

Cuando una estrella gigante agota su combustible, colapsa en un agujero negro. Ese agujero tiene un límite exterior — el horizonte de sucesos, del que ni siquiera la luz puede escapar. Pero muchos agujeros negros tienen también un límite interior: un segundo horizonte que separa las capas externas del núcleo de singularidad.

Un nuevo diapasón para la sinfonía cósmica resonó desde el altiplano chileno: el telescopio ACT afinó la nota de las perturbaciones primordiales — el índice espectral nₛ se desplazó hacia arriba, desbaratando la armonía de muchos modelos anteriores.

Un corredor que, a mitad de la carrera, de repente cambia a paso ligero: ni acelera ni frena, sino que mantiene un ritmo constante. Algo similar pudo ocurrirle al propio universo poco después del Big Bang. Esta fase se denominó «estasis», de la palabra griega que significa «detención».

El Universo es una orquesta que interpreta la sinfonía del Big Bang. Durante mucho tiempo, se consideró a la energía oscura como el director, un metrónomo inamovible que marcaba el ritmo de la expansión.

En un estudio reciente, los astrofísicos mostraron cómo la física anterior a la recombinación, en particular la energía oscura temprana, afecta la variación espectral $$α_s$$ y, en consecuencia, la viabilidad de los escenarios de formación de agujeros negros primordiales a partir de la fase de rodadura ultralenta (USR) durante la inflación.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo se expandió a una velocidad inimaginable. Esta expansión dejó tras de sí ondulaciones: diminutas sobredensidades en la radiación caliente y el plasma.

El universo no siempre se ha estado expandiendo. En algunos modelos, primero se contrae —casi vacío y plano— y luego, al alcanzar el límite, rebota y comienza a crecer, como el mundo que conocemos. Este escenario se denomina cosmología rebotante.

En los primeros instantes tras el nacimiento, el universo podría haber sido multidimensional, como una hoja de papel que de repente adquiere grosor. Ese "grosor" —las dimensiones extra— comenzó a expandirse rápidamente. A este crecimiento ultrarrápido se le llama inflación.

El universo temprano experimentó una expansión vertiginosa: la inflación. En fracciones diminutas de segundo, las pequeñas fluctuaciones cuánticas se estiraron hasta alcanzar el tamaño de galaxias y se convirtieron en los gérmenes de toda la estructura a gran escala.

Un traductor no solo escucha las palabras, sino también la entonación, las pausas, el temblor de la voz. El análisis entrópico ordinario de las perturbaciones cósmicas se parece a un acta de reunión: registra los hechos, pero pierde los matices. La pseudoentropía entropía es una nueva herramienta que capta la "música" oculta del universo temprano.

Desde finales del siglo XX se sabe: la expansión del Universo se acelera — las galaxias se alejan cada vez más rápido. El descubrimiento valió el Premio Nobel para Adam Riess, Saul Perlmutter y Brian Schmidt.

La inflación es la expansión ultrarrápida del universo en sus primeros instantes. La provocó un campo similar a una bola que rueda cuesta abajo. Pero junto a él podría haber habido una segunda bolita, casi imperceptible.

Dos partículas separadas por kilómetros cambian de estado de manera coordinada, como si no hubiera distancia entre ellas. Esto se llama entrelazamiento cuántico, y desde su descubrimiento ha dejado perplejos a los físicos: ningún portador conocido puede viajar más rápido que la luz, y las correlaciones aparecen al instante.

En los primeros instantes después del Big Bang el espacio se comportaba como una película elástica. Experimentó una expansión explosiva — la inflación (teoría de Alan Guth y Andrei Linde).

El origen del caliente Big Bang es uno de los mayores misterios. La imagen habitual: tras la inflación, el campo del inflatón transfiere energía a las partículas ordinarias, calentando el Universo. Pero la materia oscura y la energía oscura sugieren que la naturaleza tiene sectores ocultos.

El vacío cósmico no es el vacío, sino un océano vivo: su energía se hincha y mengua al compás de la expansión. Como una marea lunar, la densidad del vacío responde con sensibilidad al ritmo de Hubble —la batuta del Universo—.

Justo después del Big Bang, en el caldero burbujeante del universo en enfriamiento, como en un vidrio que se solidifica de forma desigual, surgieron tensiones: las más finas grietas de la realidad, las cuerdas cósmicas.

Una sábana estirada forma pliegues. Si tiras de una esquina, corre una onda uniforme; si comprimes la tela bruscamente, se produce un doblez agudo. Más o menos así se comportan el espacio y el tiempo en las ecuaciones de Einstein.

Un universo eterno, donde crece la medida del desorden (entropía), se presenta la mayor parte del tiempo como un vacío homogéneo. En él, ocasionalmente se ensamblan por azar estructuras complejas, como conciencias fugaces: los «cerebros de Boltzmann».

Una esponja arrojada a un cubo de agua absorbe con avidez la humedad y se hincha ante nuestros ojos. Pero si se sigue añadiendo agua y la esponja se comprime y se suelta alternativamente, la absorción se vuelve más difícil y dura más. Algo así se comportaban los diminutos agujeros negros en los albores del universo.

Un imán con un solo polo: el norte, pero sin el sur. Córtalo por la mitad y, en lugar de dos imanes normales, obtendrás dos imanes de un solo polo. En nuestro mundo aún no se han encontrado partículas así, aunque muchas teorías predicen su existencia. Estos objetos hipotéticos se llaman monopolos magnéticos. Los autores del trabajo han notado una conexión curiosa.

La cosmología está viviendo tiempos extraños. Por un lado, el modelo estándar con materia oscura y energía oscura describe de forma excelente la estructura a gran escala. Por el otro, está crujiendo por las costuras.

La historia clásica del nacimiento del Universo a partir de un punto ardiente Big Bang se topa con preguntas incómodas: ¿por qué el cosmos es tan homogéneo y qué había antes de la singularidad?

Nuestro Sistema Solar no es una isla en el vacío, sino una telaraña sensible tensada en un rincón oscuro del cosmos. Los planetas giran en sus órbitas como gotas de rocío en los hilos, y nosotros somos la araña que percibe la más mínima vibración. Esa misma vibración delata la cercanía de la catástrofe que los astrónomos llaman Big Rip.

La cosmología lleva mucho tiempo buscando un resquicio detrás del Big Bang. La inflación, propuesta por Alan Guth, estira y alisa las irregularidades primordiales, pero ¿qué encendió la mecha?

El péndulo elige por sí mismo cómo oscilar. Si lo empujas con demasiada fuerza, vuelve rápidamente a un ritmo suave. Si lo mantienes en su posición extrema, se quedará quieto, pero en cuanto lo sueltes, retomará su movimiento habitual.