inflación estocástica

La quimioterapia golpea el cáncer como una ducha potente contra un plato sucio: el chorro arrastra casi todo, pero en las grietas quedan restos. Los modelos antiguos decían que si se hacía la presión lo suficientemente fuerte, el plato quedaría perfectamente limpio. El nuevo trabajo muestra que no es así.

Un gas superfluido es como una multitud que marcha al unísono: cada átomo sabe hacia dónde moverse y no se desvía del ritmo común. Pero esta multitud tiene tres «valles»: tres direcciones diferentes por las que puede avanzar.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo se expandió más rápido de lo que la luz podía cruzarlo. Como un globo que se infla, pero en lugar de goma, el propio espacio. En este globo inevitablemente aparecían ondas: diminutas compresiones y rarefacciones de las que luego surgieron todas las galaxias y estrellas.

Un intérprete en una sala de audiencias se distrae con cada susurro: el chirrido de una silla, una tos en la última fila, el crujido de papeles. Al final del día, no traduce lo que dijo el testigo, sino lo que logró oír entre las interferencias. Los errores raros de interpretación no son el resultado de un solo grito, sino de la acumulación de muchos ruidos pequeños.

En la primera fracción de segundo después del Big Bang, el universo se expandió a una velocidad inimaginable. El motor de esta expansión pudo ser un campo parecido a una bola que rueda lentamente: el axión. La peculiaridad del axión es que, como un director de orquesta, es capaz de hacer vibrar las ondas electromagnéticas, creándolas literalmente de la nada.

El universo temprano se asemejaba a un caldero recalentado en el que bullían las fluctuaciones cuánticas (estallidos aleatorios de energía). En ese caos, como el vapor sobre el agua hirviendo, se condensó un campo especial: el escalar. Este se convirtió en el "motor" que hizo que el espacio se expandiera a una velocidad increíble.

En una ladera empinada, una sola piedra que cae a veces desata una avalancha y otras veces se atasca. Todo depende del estado de la pendiente.

$$10^{-35}$$ segundos. Un instante diminuto en el que el universo se expande $$10^{26}$$ veces. Inmediatamente después, atraviesa miles de transformaciones rápidas — como una canica saltando a lo largo de una cadena de túneles. Esta cascada constituye la esencia de la inflación en cadena, propuesta por primera vez por Alan Guth.

A los 10⁻³⁵ segundos después del Big Bang ocurrió la parte más vertiginosa. El espacio se expandía más rápido que la luz — esto es la inflación. Casi toda la partitura la ejecutaba un solo campo, el inflatón, dirigiendo el tempo y la tonalidad.

En las primeras fracciones de segundo tras el Big Bang, el Universo experimentó la inflación: una expansión increíblemente rápida que alisó todas las irregularidades. Pero entre esa lisura cósmica podría haberse escondido una nota "desafinada": las fluctuaciones cuánticas del campo de axiones.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo resonaba como una campana. La inflación — la era de expansión acelerada, confirmada por las mediciones del fondo cósmico de microondas — había terminado, y el campo del inflación comenzó a oscilar alrededor del mínimo de su potencial.

La inflación es la expansión vertiginosa del Universo recién nacido, cuando las fluctuaciones cuánticas se estiraron hasta escalas cósmicas. La radiación cósmica de fondo — luz fosilizada de aquella época, sombras en la pared de nuestra caverna cósmica.

Tras el Big Bang, el universo experimentó una rápida expansión — la inflación, que alisó la radiación de fondo cósmico y sembró las semillas de las galaxias. Pero a nivel cuántico, en el campo del inflatón, bullían fluctuaciones caóticas.

El universo temprano se expandía a una velocidad inimaginable, más rápido de lo que la luz habría podido cruzarlo. En ese hervidero, cualquier región del espacio era como un bote de pintura abierto: sus fronteras capturaban continuamente nuevo "vapor" del exterior, mientras parte de su contenido se escapaba irremediablemente.

Cuando la orquesta solo está afinando, flotan por la sala sonidos dispersos, pero en cuanto el director alza la batuta, el caos se convierte en sinfonía. Así se veía aproximadamente el comienzo de nuestro universo. En los primeros instantes, este se expandía a una velocidad inimaginable, más rápido de lo que la luz habría tardado en atravesarlo.

Las interferencias cuánticas, como el siseo de una radio mal sintonizada, llenaban el Universo primitivo. Alan Guth demostró que la rapidísima expansión (inflación) hizo que estas ondulaciones se congelaran, generando grumos de materia, las semillas de las galaxias.

Hornear pan comienza con una masa casi homogénea en la que ya se esconden diminutas burbujas de gas. Luego crecen, y de la velocidad de su crecimiento depende la estructura futura de la miga. En cosmología, el papel de esas burbujas lo juegan los gérmenes de las galaxias: ligeras acumulaciones de materia en la "sopa" caliente del universo temprano.

La nada cuántica se asemeja al agua en una olla justo antes de hervir. De vez en cuando, surge espontáneamente una burbuja, pero no de vapor, sino de un universo entero. Esta burbuja no colapsa, sino que se expande en el espacio-tiempo, desencadenando su propio Big Bang. La cuestión es con qué frecuencia ocurre esto.

Una orquesta gigante donde cada músico es una partícula nacida en el fuego del Big Bang. Cuando la batuta del tiempo da la señal, estas partículas comienzan a desintegrarse, transformándose en otras más ligeras. Cada desintegración va acompañada de un acorde silencioso: la emisión de gravitones, diminutos cuantos de gravedad.

Inmediatamente después del Big Bang, el espacio se infló a una velocidad inimaginable: eso es la inflación. Ahora, la expansión se ha ralentizado, pero las galaxias se alejan cada vez más rápido. A la culpable de la aceleración se le llamó energía oscura.

En un modelo, el espacio-tiempo es un lago tranquilo, y las partículas cuánticas son peces nadando en él. Su movimiento inevitablemente crea ondas. Las matemáticas exigen que el agua tiemble; de lo contrario, la teoría se desmorona. Este temblor está estrictamente ordenado y tiene dos tipos.

Sintonizar una radio es un asunto delicado: una perilla gira con facilidad, otra opone resistencia. En la física del universo temprano también hay sus "perillas": parámetros de los que depende cómo lo vemos hoy.

Inmediatamente después del Big Bang, el Universo experimentó una expansión ultrarrápida, idea propuesta por Alan Guth y desarrollada por Andrei Linde. Cuando la expansión cesó, el campo de energía comenzó a oscilar como un columpio gigante.

El agua hierve detrás de una piedra en el río, el aire se arremolina detrás del ala de un avión: parece que el movimiento es completamente caótico. Pero los autores del estudio encontraron en ese caos una receta de cocina estricta. Descompusieron la rotación del fluido (el momento angular) en dos partes independientes.

El nacimiento del universo a menudo se compara con inflar un globo: en los primeros instantes se estiró rápidamente. Pero la propia 'goma' de ese globo probablemente no era perfectamente lisa; más bien, estaba cubierta de una ondulación diminuta.

El ensamblaje de la envoltura viral es similar a abrochar un botón: los bloques de proteínas deben engancharse en el orden correcto, y las vibraciones térmicas actúan como dedos temblorosos. Con un enlace débil, el temblor ayuda a encontrar la posición correcta; así, la envoltura se cierra más rápido.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo se expandió más rápido de lo que la luz podía cruzarlo. Ese crecimiento vertiginoso —la inflación— estiró las diminutas vibraciones cuánticas hasta el tamaño de galaxias enteras. Pero, ¿desde qué estado exactamente comenzaron esas vibraciones?

Una olla en la cocina recibe calor, pero no trabajo: el gas bajo la tapa simplemente se calienta. ¿Y si la cocina no fuera normal, sino cuántica? Entonces el calor y el trabajo pueden llegar a la vez, como de un motor que además calienta. En el nuevo trabajo se describe precisamente ese caso: un sistema clásico —por ejemplo, un péndulo o un espejito— se baña en un medio cuántico.

Ya en el siglo pasado, Vera Rubin descubrió que las estrellas en los bordes de las galaxias giraban demasiado rápido, como si una materia invisible las mantuviera unidas. Desde entonces, la materia oscura ha sido un misterio. Normalmente se atribuye su origen a nuevas partículas o fuerzas.