viernes, 26 de agosto de 2016

Orígenes, El universo. Capítulos 6 y 7. Cosmología de precisión. El futuro de nuestro pasado.

Antes que nada quería sumarme desde aquí junto a Tertulias Literarias de Ciencia con todos sus participantes y miembros a las condolencias por los habitantes y familiares que han sufrido en mayor o menor medida los terremotos en #Italia, #Arquatadeltronto, #Pescaradeltronto, #Amatrice y #Accumoli, nuestro más sentido pésame. 

Lo descrito hasta el momento y las pruebas  observacionales de la parte del universo en que vivimos nos proporciona un punto de partida para poder proponer un modelo cosmológico que aunque no sea irrefutable si se ciñe (con sus incertidumbres) a las pruebas que se han acumulado mayormente en los últimos 50 años.
El modelo lambda y materia oscura fría (ΛCDM), un modelo que nos dice que el universo es plano, sin curvatura y con densidad crítica. 
Pero cuidado, por que éste modelo también tiene sus problemas, de ahí  que aun sea un modelo. 
Para empezar, en el modelo de la Gran Explosión, nos proponen que hubo la misma formación de partículas y antipartículas que se sabe que al interactuar entre ellas se aniquilan en un fogonazo de energía como señala la ecuación de Einstein E = mc² (que nos dice que hay una conversión de energía en masa y viceversa o lo que es lo mismo, la masa es energía condensada en forma de partículas),  por lo tanto cuando dos partículas se aniquilan sus masas se convierten en energía,  en este caso en fotones, energía pura. Es un principio básico de la física que éstas reacciones sean totalmente simétricas. 

Hoy día vemos más materia que antimateria en nuestro universo observable, entonces ¿ donde está la antimateria que falta si al inicio se creó la misma cantidad de materia que antimateria?, y si las aniquilaciones son simétricas ¿por que entonces hay algo en vez de nada?  Son las dos preguntas que nos deja Alberto para que nos hagamos a la idea de que sepamos donde falla el modelo y que aun quedan muchas cosas por resolver.

Entonces, la simetría no se cumple al 100% ya que si no, no estaríamos aquí y el universo tal y como lo conocemos hoy en día no sería el mismo.
Dentro del modelo, los problemas por resolver son varios.
La simétrica CP, solamente violada por la interacción débil :

"La simetría ha demostrado ser una herramienta esencial para el desarrollo de la ciencia, y a día de hoy, es uno de los conceptos protagonistas de la física y matemática moderna. Los dos desarrollos teóricos más brillantes del siglo XX, la Teoría de la Relatividad y la Teoría Cuántica, incorporan nociones de simetría en un modo fundamental e irreemplazable. No sería una sorpresa si, en un futuro, las Leyes de la Naturaleza terminan escribiéndose únicamente en términos de nociones de simetría.
En física de partículas las simetrías se dividen en continuas y discretas. Las simetrías discretas más importantes son C, P, T y sus combinaciones CP, T y CPT. La conjugación de carga (C) es la operación matemática que cambia los signos de todas las cargas de una partícula, por ejemplo, cambia el signo de la carga eléctrica. Conjugación de carga implica que para cada partícula cargada existe una antipartícula con la carga opuesta. La antipartícula de una partícula eléctricamente neutra puede ser idéntica a la partícula, como es el caso del pión neutro, o puede ser distinta, como pasa con el anti-neutrón debido al número bariónico. La paridad (P), o inversión espacial, es el reflejo en el origen del espacio de coordenadas de un sistema de partículas; i.e., las tres dimensiones espaciales xy, y se convierten en −x, −y, y −z, respectivamente. La inversión temporal (T) es la operación matemática que reemplaza la expresión del tiempo por su negativo en las fórmulas o ecuaciones de modo tal que describan un evento en el cual todos los movimientos son revertidos. La fórmula o ecuación resultante que permanece sin modificaciones tras esta operación se dice que es invariante bajo inversión temporal, lo cual implica que las mismas leyes de la física se aplican en ambas situaciones, que el segundo evento es indistinguible del original. Una película de dos bolas de billar que colisionan, por ejemplo, puede ser pasada hacia adelante o hacia atrás sin ninguna pista sobre cuál es la secuencia original en que ocurrieron los hechos. 
De este modo los físicos razonaron que si CP era una entonces T debería serlo también debido al teorema CPT. Sin embargo los experimentos siguientes, llevados a cabo en 1964, demostraron que los mesones K eléctricamente neutros de vida media larga, que debían decaer en tres piones, decaían una fracción de las veces en sólo dos de estas partículas, violando así la simetría CP. Suponiendo el teorema fundamental de CPT, la violación de CP implica también una violación de T. En este teorema, considerado uno de los pilares de teoría cuántica de campos, conjugación de carga, paridad e inversión temporal son aplicadas todas juntas y, combinadas, estas simetrías constituyen una simetría exacta de todos los tipos de interacciones fundamentales. Cabe notar que constantemente se realizan experimentos para verificar la validez de la simetría CPT – que hasta el día de hoy siempre se ha visto respetada.
Las violaciones de CP y de T tienen importantes consecuencias teóricas. La violación de la simetría CP permite a los físicos realizar una distinción absoluta entre materia y antimateria. Esta distinción puede tener implicaciones profundas en el campo de la cosmología: una de las incógnitas teóricas en física es por qué este Universo esta formado principalmente por materia. Con una serie de debatibles, pero plausibles, presunciones, se puede demostrar que la relación entre materia y antimateria que se observa pudo haber sido producida por el efecto de violación de CP durante las primeras fracciones de segundo después del Big Bang. Sin embargo, contrario a nuestras previsiones, la violación de CP medida en física de partículas hasta ahora no es suficiente para generar bariogénesis." 
                  

 Fragmento extraído de:   http://francis.naukas.com/2010/02/11/simetrias-c-p-t-cp-y-cpt/

Otro de los problemas que lleva de cabeza a los físicos es que el universo sea plano, osea que la densidad de materia y energía sea =1. Como hemos visto en el capitulo anterior el universo puede adquirir varias formas en función a su densidad. 
En función a los valores de edad, constante de Hubble, constante cosmologica "energía", cantidad de materia y cantidad de bariones, los datos nos dicen que tenemos un universo plano pero siempre con sus incertidumbres.  Ésto es otro problema en sí dado que viola el principio de mediocridad y que si fuera así, estaríamos otra vez en la incertidumbre de saber si nuestro lugar en el universo es especial y privilegiado o tan sólo es un lugar más como pueden haber otros sin que el nuestro tenga nada en especial,  véase el Pricipio de Copernico.


Pero las pruebas indican que el universo es perfectamente plano con una previsión del 1% esto nos dice que también tuvo que serlo hasta una parte en T 10 elevado a la 62 potencia en la época de Planck.

Otro problema es la homogeneidad que nos dan los datos del fondo cósmico de microondas. Para poder entender este resultado, debemos dar por hecho de que dos puntos opuestos de nuestro universo observable debieron estar unidos tiempo atrás para que se cumpla esta homogeneidad, para solucionar este problema se ha propuesto un modelo de inflación cósmica acelerada que tuvo que producirse al poco tiempo de nacer el Espacio-Tiempo a una velocidad exponencial e inimaginable y que duró muy poco tiempo.
Este hecho resolvería el por qué vemos un universo plano actuando como una plancha, alisando las posibles irregularidades que hubieran habido en el inicio.  
También explicaría la homogeneidad que nos muestran las obsevaciones porque corrobora el que miremos hacia donde miremos la temperatura del cosmos es prácticamente la misma y que en su inicio fuera tan pequeño como para alcanzar el equilibrio térmico. 
Ésta nueva propuesta requiere un nuevo componente por descubrir, pasaría por la presencia de un campo inflatón, el cual necesitaría una partícula mediadora, el Inflaton (aún por descubrir pero con sus propiedades teóricas bien definidas) y que hubiese tenido en el momento de la inflación cósmica un cambio de fase que causara dicha inflación exponencial.
Otra prueba que aportaría validez a la inflación sería la detección de luz polarizada llamada modo B, dicha luz a través de las ondas gravitatorias primordiales (YA DETECTADAS este mismo año pero no primordiales en una colisión de dos agujeros negros gracias al experimento LIGO)  habrían creado una débil señal que debería captarse en el fondo cósmico de microondas. 
El equipo de BICEP 2  anunció a principios de 2014 que  habían descubierto este tipo de luz y hubo un gran revuelo ya que daría paso a ratificar la inflación cósmica con una expansión brutal. También nos obligaría a aceptar que hubo un huevo cósmico que lo contenía todo, es decir, el universo surgió desde el vacío cuántico y ese fenómeno dejó huellas que veríamos a través de la luz de modo B "primordiales" que a su vez confirman las ondas gravitatorias primordiales provocadas por fluctuaciones cuánticas del inicio del universo.  Todo esto confirmaría el modelo ΛCDM. 

El destino final del universo.

Si importante es intentar saber lo que pasó, no menos es intentar saber que es lo que pasará.

Sabemos que el universo ha entrado en una expansión acelerada si los datos futuros no nos dicen lo contrario. Parece ser que la constante cosmológica y la muerte fría,  también llamada "Big Rip" ganará la batalla tanto a la "respiración cósmica" como al "Big Crunch" el frenado de la expansión y posterior regreso a una Singularidad.
Si el Cosmos continua su aceleración constante y exponencial todo indica que la muerte será fría. Pero no sólo la contante cosmología nos dejará en un inmenso vacío cósmico, también las estrellas morirán dejando cadáveres estelares, (como llegará a ser nuestro Sol)  las galaxias dejarán de tener los materiales primordiales para crear nuevas estrellas y luego los agujeros negros no tendrán de que alimentarse sumiendo al universo en un lugar frío y oscuro.


Y aquí va mi duda :
La inflación cósmica tuvo lugar dentro del primer segundo de vida del universo,  he creído entender que hasta dentro de la época de Plank,  según dice en el libro, en menos de un attosegundo tuvo un crecimiento exponencia de 10*26. La comparación de éste crecimiento es como si el radio de un átomo de hidrógeno creciera hasta alcanzar el tamaño de la mitad de una unidad astronómica. Pero ¿cuanto tiempo duró este crecimiento en total ? No me cuadra,  se sabe que hubo este periodo de expansión rápida y que luego se deceleró para luego otra vez comenzar a acelerarse pero más "tranquilamente"
En función a estas recreaciones gráficas, algunas ponen la inflación hasta el fondo cósmico de microonda o otras antes,  ¿alguien me puede decir "si se sabe realmente" cuanto tiempo duró la inflación y cuanto tamaño adquirió antes de decelerar?







¿Que provocó que la inflación dejase de acelerar?

¿Podría ser por la pérdida de densidad de materia-energia gracias al espacio formado o adquirido en el proceso?

¿Podría ser también que al principio el propio campo gravitatorio fuese repulsivo y tuviera un cambio de fase en el momento de la deceleración o antes, pudiendo sustituir así al campo inflatón? Y luego entrara en juego la energia oscura.

Espero no haberme alargado mucho, gracias por darme la oportunidad de disfrutar.

29 comentarios:

  1. Muy buen resumen. Estoy en el móvil por lo que no puedo escribir mucho (puro vicio ;) ).
    De todo lo que he leído hasta ahora la inflación duro poquísimo, menos de 1s. Creo que lo que lo frenó no se tiene claro, pero fue este frenazo lo que creó todo lo que vemos en la actualidad, es decir el fin de la inflación marca el comienzo de la energía y materia que vemos. La inflación solamente estaba estirando el espaciotiempo.
    O bueno eso he entendido yo, otra cosa es que haya explicación, que la habrá cuántica mente, o algún modelo, pero ya no llego. O quizá estoy totalmente equivocado. A ver si nos arrojan algo de luz los entendidos de verdad.

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    1. Gracias Fco. Javier, yo también había leído eso pero me faltaban datos que me ha dado Francis.

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  2. Sergio pregunta: "¿alguien me puede decir "si se sabe realmente" cuanto tiempo duró la inflación y cuanto tamaño adquirió antes de decelerar?"

    En rigor, no lo sabemos, pues depende del modelo teórico que describa la inflación (su causa y cómo interacciona con el espaciotiempo y con el resto de las partículas). Hay más de 100 modelos propuestos y cada uno predice una duración y un ritmo de expansión diferente.

    Por supuesto, podemos estimar sus características generales independientes del modelo. Con toda seguridad la inflación acabó antes de 10^-30 segundos (estirarla hasta los attosegundos, que son 10^-18 segundos, es estirarla demasiado) y con toda seguridad empezó mucho después de la era de Planck, o sea, mucho después de 10^-43 segundos. En la mayoría de los textos de cosmología se toman como valores "razonables" un inicio a los 10^-36 segundos y un final (recalentamiento) a los 10^-32 segundos, pero hay que tomar estos valores con alfileres.

    Tampoco sabemos el ritmo de expansión, pues del modelo inflacionario (recuerda, hay cientos). Este ritmo se mide en e-folds, el exponente de la función exponencial. Los primeros modelos tenían un e-fold de 60, es decir, el universo se expandió en un factor de e^60 = 10^26. Pero hay modelos que predicen un e-fold de 50, o incluso de solo 30. Todo depende mucho del modelo.

    Sergio pregunta: "¿Que provocó que la inflación dejase de acelerar?"

    Los modelos de la inflación introducen un (nuevo) campo cuántico, el inflatón, que es responsable de la inflación (podría ser un campo conocido, como el Higgs o una combinación de otros). Los campos cuánticos pueden tener más de un estado de vacío, pero su energía puede ser diferente. Una fluctuación cuántica primordial colocó el campo inflatón en su estado de vacío con mayor energía (llamado falso vacío). Por efecto túnel, en poco tiempo (pongamos 10^-36 segundos) saltó por efecto túnel cuántico hasta su otro estado de vacío con menor energía (pongamos que este proceso duró unos 10^-32 segundos). En su nuevo estado de vacío (verdadero, porque es el actual) transfirió la diferencia de energía entre ambos vacíos a todos los campos a los que estaba acoplado (los campos de todas las partículas conocidas), proceso llamado recalentamiento. En este momento la inflación se paró (aunque quedó una expansión del universo residual que aún se observa en el universo).

    Continuará...

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  3. ...continuación.

    Sergio, el proceso de efecto túnel entre ambos vacíos se suele imaginar como una bola que colocada en la cumbre de una montaña desciende ladera abajo hasta alcanzar un valle donde llega con mucha velocidad (energía cinética) y donde choca contra algo transfierendo dicha energía y quedando en reposo; ese "choque" es el que genera todas las partículas (excita los estados tipo partícula de sus campos).

    Los diferentes modelos inflacionarios predicen diferentes formas para el potencial del campo inflatón (la forma de la montaña y el valle) y para el proceso de descenso (cuánto dura y cómo se reparte la energía transferida en el "choque" al espaciotiempo y a los campos cuánticos).

    En resumen, la respuesta a tu pregunta es que la inflación se detiene cuando el campo inflatón alcanza su estado actual, el estado de vacío de mínima energía.

    Sergio pregunta: "¿Podría ser por la pérdida de densidad de materia-energia gracias al espacio formado o adquirido en el proceso?"

    Hay varias posibilidades para describir el acoplamiento del campo inflatón y el espaciotiempo (la gravedad). Se llama acoplo mínimo cuando no hay acoplamiento explícito, sólo la energía del campo inflatón (su tensor energía-momento) curva el espaciotiempo. En dicho caso la respuesta a tu pregunta es no, no hay pérdida de densidad de energía por la formación de espaciotiempo.

    Sin embargo, también hay modelos con acoplo no mínimo, es decir, con un acoplamiento explícito, que implica una transferencia de energía del campo inflatón al propio espaciotiempo durante la transición entre vacíos y la correspondiente inflación. Si toda la energía se transfiere de esta forma, no hay recalentamiento, y el universo tras la inflación está completamente vacío. Esta transferencia es la que da lugar a las ondas gravitacionales primordiales y a los famosos modos B. Hoy en día podemos decir que menos del 6% de la energía se transfirió de esta forma (r < 0,06).

    Por tanto, la respuesta a tu pregunta es no, lo que detuvo la inflación es que el campo inflatón alcanzó su estado de mínima energía potencial y toda la energía "cinética" estando perdida en el recalentamiento, la formación de todas las partículas.

    Sergio pregunta: "¿Podría ser también que al principio el propio campo gravitatorio fuese repulsivo y tuviera un cambio de fase en el momento de la deceleración o antes, pudiendo sustituir así al campo inflatón? Y luego entrara en juego la energia oscura."

    La energía oscura no tiene ningún papel relevante para z > 5. Ni en la formación del CMB en z = 1100, ni en la época inflacionaria z > 10^40. Quizás su origen esté en la era de Planck o más tarde, pero para la mayoría de los cosmólogos no tuvo ningún papel en la inflación.

    Por otro lado, el campo inflatón es un campo que en su estado de falso vacío es antigravitatorio, es decir, repulsivo para el campo gravitatorio, por eso se produce la inflación cósmica. El inflatón en su estado de vacío verdadero ya no es repulsivo, sino atractivo para la gravedad.

    ¿Puede ser la gravedad la fuente del campo inflatón? Hay muchas propuestas, pero poco firmes. Muchas teorías cuánticas de la gravedad se ven obligadas a introducir nuevos campos escalares que acompañan al gravitón (dilatón, radión, etc.). Dichos campos escalares se pueden ajustar para que se comporten como el inflatón. Sin embargo, se necesitan ajustes finos y muchos cosmólogos apuntan a que el inflatón y los campos escalares asociadas a la gravedad cuántica son campos diferentes. Pero hay cosmológos con la opinión opuesta, con lo que el origen último del inflatón sería la gravedad cuántica.

    Espero haber contestado a tus preguntas.

    Saludos
    Francis

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  4. Contestadas y como yo esperaba, mil gracias Francis.

    En los modelos de inlacion que proponen la transferencia de energía del campo inflatón al propio espaciotiempo durante la transición entre vacíos y la correspondiente inflación,¿ tienen algo que ver con que el valor de esa transferencia sea del 6% de la energía que se transfirió (r < 0,06) al espaciotiempo? ya que me resulta curiosa la correspondencia con el valor que hoy tenemos de la materia conocida (barionica) que ronda el 5% tras los ultimos datos de Planck en el fondo cósmico de microondas.

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    1. Como imaginarás Francis, una respuesta genera miles de preguntas pero me voy a reprimir.

      Entonces cuando dices que " ese "choque" es el que genera todas las partículas (excita los estados tipo partícula de sus campos)" se supone que los campos cuánticos que hoy dia conocemos de las 4 interacciones fundamentales (no te voy a preguntar aquí por el anuncio de la posible nueva de los fotofugos de la 5 interacción)¿ eran preexistentes en el espaciotiempo o el mismo estado de energía del "choque" pudo modelar éstas interacciones y no otras en nuestro veneficio?

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    2. Sergio pregunta: "modelos de inflación [con acoplo no mínimo a la gravedad] ¿tienen algo que ver con que el valor de esa transferencia sea del 6% de la energía que se transfirió (r < 0,06) al espaciotiempo?"

      Lo primero, no conocemos el valor de r; popular desde que BICEP2 estimó r ~ 0,20, hoy sabemos según Planck+BICEP2+Keck+BICEP3 que r < 0,06, lo que no significa que r = 0,06. Podría ocurrir que r = 0,01 (lo sabríamos cerca de 2020), o que r = 0,001 (lo sabríamos cerca de 2035), o incluso un valor más pequeño.

      La interpretación de r = 0,06 (que sabemos que no es el valor correcto) es que el 6% de la energía del campo inflatón se transfirió al propio espaciotiempo. Pero recuerda que r podría valer 10^-7 luego sería el 0,00001%.

      El valor r es positivo (r>0) en todos los modelos de inflación. Tanto si el inflatón se acopla de forma mínima como no mínima, el espaciotiempo se expande y en la época de recalentamiento recibe energía, con lo que r > 0. Un valor de r=0 (imposible de verificar de forma experimental) implica que la inflación no ha existido. Se considera que una verificación de r>0 a cinco sigmas, aunque sea algo como 0,00001 < r < 0,06, será suficiente para que la inflación reciba un merecido Premio Nobel de Física.

      Sergio tu comentario final, ya ves que no tiene sentido: "me resulta curiosa [que] la materia bariónica [sea] el 5% [y] los datos de Planck [indiquen r < 0,06]". No hay ninguna correlación. Ninguna.

      Planck fue diseñado para buscar valores r > 0,05, y en conjunto con otros instrumentos terrestres, como los BICEP, buscar valores r > 0,02. Sin embargo, este diseño no tiene ninguna relación con el 5% de la materia. Tras la observación de mucho más ruido en polarización de origen galáctico del esperado, se ha observado que Planck sólo puede buscar r > 0,10 (se había sobrestimado su potencial) y que combinado con otros instrumentos terrestres quizás llegue a buscar en r > 0,05.

      Ha sido todo un varapalo para el campo descubrir que hay mucho más ruido del esperado, pero así es la ciencia.

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    3. Sergio pregunta: el recalentamiento "excita los estados tipo partícula de sus campos; ¿[esos campos] eran preexistentes?"

      Nuestro conocimiento actual sugiere que todas las interacciones (salvo la gravedad) estuvieron unificadas en una única interacción que sufrió una rotura de simetría y se separó en las interacciones que conocemos. No sabemos cómo ocurrió; hay decenas de teorías propuestas, siendo prometedoras las basadas en simetrías SO(10) y E6, y habiéndose descartado las basadas en las simetrías más simples, como SU(5). Tampoco sabemos que relación tuvieron la inflación y esta rotura de la simetría; hay teorías que afirman que la rotura fue el inicio de la inflación, que ocurrió durante la inflación, o incluso que ocurrió al finalizar la inflación.

      Por tanto, sabemos que tenían que existir tras la inflación, muchos cosmólogos creen que también existían durante la inflación, pero no hay tantos cosmólogos que crean que también existían antes de la inflación. Estos últimos opinan que fue la rotura de la simetría unificada (GUT) el origen de estas interacciones. Pero también puede ocurrir que no haya ninguna relación entre la rotura GUT y la inflación, con lo que la rotura GUT tuvo que ocurrir mucho antes de la inflación.

      En cuanto a la gravedad no sabemos si se separó de las otras interacciones en la rotura GUT (que entonces sería rotura graviGUT) o si hubo una separación previa de gravedad y GUT. Hay modelos teóricos para todos los gustos. Incluso modelos en los que la inflación y la rotura graviGUT están conectadas.

      No sé si he contestado a tu pregunta. Recuerda que mientras no podamos sesgar la pléyade de modelos de inflación mediante observaciones, no podemos decir mucho sobre ella. Puedo elegir el modelo que más me guste y contarte lo que afirma como si fuera la verdad (lo hacen muchos divulgadores). Pero esa no es mi manera de divulgar ciencia.

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    4. Gracias, se que no es tu manera de divulgar y por eso quizá te leo más a ti que a otros.
      Seguramente me habré liado con la relación de r con la proporción de materia. Soy consciente de mis límites y preguntar requiere también asumir este tipo de meteduras de pata.

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  5. Pensando en voz alta también es lógico cuando dices que "el campo inflatón bien podría ser un campo de higgs" que resumiendo mucho sería quien aportara masa a los demás campos conocidos.

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    1. Sergio, en mi opinión, lógico, lo que se suele entender por lógico, no me lo parece. El campo inflatón es un campo escalar con dos mínimos. El campo de Higgs es un campo escalar con dos mínimos. Tu afirmación es que, por tanto, es lógico que el campo de Higgs y el campo inflatón sean el mismo campo, un campo escalar con tres mínimos (o con cuatro mínimos). La clave es realizar los cálculos. Y cuando los realizas (hay varios modelos propuestos) hay que ajustar muy fino el valor de ciertos parámetros. A los físicos no nos parecen lógicos, ni naturales, los ajustes finos. Por ello, la propuesta sólo es lógica si existe física más allá del modelo estándar que evite estos ajustes finos en ese supuesto campo Higgs-inflatón. Por cierto, hay varias propuestas en este sentido.

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    2. Como es presumible mi lógica no se aproxima a la tuya ya que mi conocimiento no se aproxima ni de lejos al tuyo. Gracias de nuevo.

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  6. Gracias Sergio por el resumen.
    Centrándome: el capítulo me ha resultado duro y solo he sacado dos o tres cosas claras, el resumen me a clarificado algunas cosas pero ha inducido nuevas dudas en mi cabeza y los comentarios están siendo de un nivel que he perdido toda esperanza, XD.
    ¡Tengo mucho que estudiar para alcanzar la comprensión de lo que estoy leyendo!

    Voy a bajar a mi nivel y a comentar lo que a mí me ha parecido.

    Realmente he visto muy útil que se hable de las simetrías (gracias a los textos que Sergio a puesto de Francis lo he entendido un poco más): como se ha observado que en determinado momento puede estar siendo violados los principios de simetría, puede estar indicándonos que ¡algo les falta a nuestras teorías y puede ser que estemos a las puertas de una revolución! (esta misma sensación me la generó la energía oscura y que la constante de Hubble estuviera aumentando).

    También la homogeneidad termodinámica del fondo del microondas es interesante, esa medida justifica la "inflación salvaje" en los primerísimos instantes del universo. Deduzco por lo que he leído en el texto (y en los comentarios de Francis) que está bastante aceptado el concepto de campo inflatón, de todas formas de momento me quedo con la sensación que he dicho antes: ¡algo falta!

    Y por lo tanto, teniendo esa sensación de que algo falta, la última parte del capítulo me ha parecido que se hablaba de "posibles" más que de certezas.

    Saludos a todos.

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    1. De ahí que sea solo un "modelo" inflacionario, todas las pruebas indican que ese modelo es el más próximo a lo que sucedió pero sobre mis preguntas y las respuestas de Francis ya ves que aun está pendiente de verificar. Me alegra que te hayan surgido dudas así intentaras buscar las respuestas, eso también es ciencia.

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    2. Siento JC que mis respuestas te resulten difíciles de entender.

      "¡Algo les falta a nuestras teorías y puede ser que estemos a las puertas de una revolución!"

      La opinión de muchos gurús de la física (Witten, Arkani-Hamed, etc.) va en ese sentido. Estamos en la mejor época de todo el siglo XXI para hacer propuestas radicales en física teórica. Los padres del modelo estándar ya están falleciendo y han pasado dos generaciones. Conocemos cientos de problemas del modelo estándar que no sabemos resolver, la mayoría tan técnicos que poca gente los divulga. Se necesitan físicos teóricos jóvenes con "chispa" que resuelvan varios de esos problemas poco conocidos de forma simultánea y que gracias a ello se resuelvan también el resto de los problemas más conocidos. Estos últimos han sido atacados por tantos físicos y de tantas formas diferentes que el batiburrillo que ha resultado es incomprensible.

      JC, no es necesaria una "inflación salvaje" (entendiendo como tal una inflación caótica o eterna); más aún cuando predicen un valor "salvaje" para r > 0,10, que ya está descartado. Por supuesto, creo que te refieres a que cualquier tipo de inflación es salvaje. En dicho caso, estoy contigo, la inflación (o algo que actúa como ella) es imprescindible en nuestros modelos cosmológicos.

      JC dice "Está bastante aceptado el concepto de campo inflatón"

      Lo que está bastante aceptado es la idea de inflación (yo diría, por decir, que 95 de cada 100 cosmólogos la aceptan, pero 5 de cada 100 no creen en ella); el campo inflatón es el modelo más sencillo para la inflación (yo diría, por decir, que 90 de cada 100 cosmológos aceptan que la explicación correcta de la inflación, pero 5 de cada 100 proponen otras alternativas).

      La inflación predice 5 cosas. Hemos observado 4 de ellas y faltan los modos B cosmológicos. Por ello no hay Nobel a la inflación. Cuando se observen los modos B no quedará otro remedio que 99 de cada 100 cosmólogos acepten la inflación, pero siempre quedará 1 de cada 100 que sea disidente.

      Saludos
      Francis

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    3. Francis, me resultan difíciles pero apasionantes.

      Sí, considero que toda inflación de la que vosotros habláis es salvaje, a eso me refería y por lo tanto ya tengo claro que el 95% de los cosmólogos la aceptan (a ojo de buen cubero).

      Comparto que los divulgadores deberían de dejar claro cuando están hablando de modelos en los que ellos más o menos creen, o de ideas bastante aceptadas. Indicar el %, aunque la falacia de autoridad/mayoría no sea el mejor de los argumentos, nos ayuda a los lelos a saber lo que estamos leyendo. Que un 90% acepten el modelo del campo inflatón, también dice mucho a su favor, pero en este caso una duda me surge:
      Si no he entendido mal se observo que la constante de Hubble aumentaba y que por ellos surgió la idea de la inflación. De esta idea surgen 5 predicciones y falta por confirmar la de los modos B para que se asiente ese postulado. El campo inflatón surge para justificar la inflación. Luego ¿no sería adecuado considerar esa idea (campo inflatón) de segundo orden hasta que se confirme la inflación y aparezcan predicciones en el campo inflatón que se vayan corroborando?

      Lo mismo estoy equivocado con esa consideración, ya que me he podido despistar en algún momento del libro (creedme amigos cosmólogos, me resulta muy difícil seguir ciertas cosas).

      Saludos y gracias.

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    4. JC comenta: "Si no he entendido mal se observo que la constante de Hubble aumentaba y que por ellos surgió la idea de la inflación."

      Has entendido mal. El origen y la historia de la inflación es complicada de resumir. La inspiración fueron los estudios de la estabilidad de las campos cuánticos y su relación con el espaciotiempo en los 1970. Se llegó a la inflación desde diferentes frentes cerca de 1980.

      Un problema clave fue tratar de entender por qué la constante cosmológica es cero (lo que se pensaba en los 1970, sabemos que es distinta de cero desde 1998). Otro problema grave fueron las consecuencias cosmológicas asocidos a las teorías GUT de mediados de los 1970, sobre todo el problema de los monopolos magnéticos que debían haber dominado el universo primordial y dar como resultado un universo muy diferente al actual.

      En estos problemas trabajaron físicos que luego fueron famosos por la inflación, como Andrei Linde entre 1972 y 1979. Los avances más importantes hacia la idea de la inflación quizás son los de Alexei Starobinsky en 1979. Su teoría inflacionaria (entonces no tenía este nombre) fue el motor de los trabajos posteriores de Alan Guth y otros.

      La idea de aplicar estas ideas al problema de la homogeneidad e isotropía del universo estaba en el aire y fue Guth en 1981 quien le puso el nombre de "teoría inflacionaria" (su modelo hoy en día es llamado "inflación obsoleta", en inglés "old inflation", porque tenía muchos problemas técnicos asociados). Muchos físicos se pusieron a trabajar en la solución de estos problemas (es lo típico cuando se publica una teoría "prometedora" pero que tiene problemas "fáciles" de resolver). Así nacieron los primeros modelos cosmológicos con inflación en los que un "falso vacío" transita a un "vacío verdadero" (idea que, repito, estaba en el aire desde principios de los 1970).

      Entre 1981 y 1982 se publicaron gran número de soluciones, siendo las más relevantes las de Andrei Linde, y las de Andreas Albrecht y Paul Steinhardt. Todos los autores que te he mencionado son los llamados padres de la inflación. Alrededor de 1985 muchos cosmólogos aceptaron estas ideas y la "teoría del big bang" original fue abandonada por la "teoría inflacionaria del big bang". Se calcularon todas sus predicciones y muchos cosmólogos se pusieron a diseñar observatorios capaces de confirmar dichas predicciones.

      El problema de que la constante de Hubble aumenta (o mejor, recientemente ha aumentado) se reconoció en 1998 (aunque había teorías que lo predecían desde principio de los 1980) y no intervino en el nacimiento de la idea de la inflación.

      Saludos
      Francis

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    5. JC comenta: "¿no sería adecuado considerar el campo inflatón como [idea] de segundo orden hasta que se confirme la inflación?"

      La idea de la inflación de Guth, Linde, Albrecht y Steinhardt está asociada de forma indisoluble al campo inflatón (tanto monta, monta tanto). La idea de Starobinsky hoy también se interpreta de dicha forma (aunque no era la formulación original). Hoy en día hay modelos inflacionarios sin campo inflatón, pero son una excepción.

      Como puedes imaginar todos los problemas físicos se pueden dividir en muchos subproblemas que se pueden clasificar en primarios, secundarios, etc., pero es más cuestión de gustos que otra cosa. Para la mayoría de los cosmólogos, cuando se verifiquen todas las predicciones de la inflación, se dará por cierta la existencia del campo inflatón y se pasará a realizar investigaciones inflacionarias de precisión, gracias a ellas se conocerán las propiedades concretas del campo inflatón. Todo va unido y al mismo tiempo son cosas separables.

      No sé si he contestado a tu pregunta.

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    6. Has contestado a las dos, xd.

      La 2º respuesta la he entendido, la 1º también entiendo la respuesta pero me temo que esas ideas del "falso vacío" que transita a "vacío verdadero" tendré que trabajarlas más. De todas formas si que se me ha quedado claro que la inflación era necesaria para entender lo que se observaba.

      Gracias.

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    7. Una pena que mi primer comentario sea para decir que estoy aquí, saludaros, pero aportar poco más. Estoy aprendiendo mucho con el libro aunque debo leer cada capítulo dos veces, a veces más, y reflexionar. Eso no quita que el libro por ahora me esté gustando mucho, justo por eso. Trata temas que desconocía, algunos que me sonaban y otros en los que quería (necesitaba) profundizar. Un lujo los comentarios y comentaristas que estoy leyendo.
      Lo dicho, un saludo y que sepáis que os observo 😋

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  7. Peleagudo tema el del bigbang. Pero para certezas y menos dudas http://forzon.blogspot.com.es/
    un modelo construido sobre certezas y que no se aventura más allá del valor del dato.

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    1. No conozco al forzon y por lo que he leído tampoco explicas o se explica mucho sobre el. No he visto muchas referencias.

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    2. Sinceramente Domingo Savio, no he entendido nada al mirar en el blog.

      Me he paseado y lo único que he sacado claro es que, desde tu punto de vista, todo esto es una "ciénaga de conocimientos y es una oportunidad única de supervivencia para una enorme cantidad de fauna científica" además opinas que "muchísima gente participa de forma entusiasta en discusiones, reformas y ajustes del modelo durante décadas" también supones que "se lo pasan bien haciéndolo, ya discutían otros grandes eruditos sobre el sexo de los ángeles".

      Si no te importa me gustaría que indicaras una referencia clara donde ese modelo se pueda "estudiar". Un sitio donde se introduzcan poco a poco los postulados del modelo y se destruya de forma coherente (organizada) toda esta basura física que nosotros hemos leído (recuerda "es una ciénaga de conocimientos").
      También te pido que a ser posible este a un nivel que yo pueda entender, en caso contrario tendré que esperar a ver si alguno de los tertulianos es capaz de entenderlo y traducirlo. Pero lo mismo no muestran interés en leerlo porque, sinceramente, esa forma de hablar tan despectiva del trabajo de otros hace que las personas se aproximen con recelo a lo que tengas que decir.

      Un saludo Domingo, y te animo a que pongas referencias más adecuadas al tono de nuestras discusiones.

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    3. Domingo, ¿has leído el libro "Orígenes"? Te lo recomiendo.

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  8. Buen trabajo Sergio, el capítulo me había costado trabajo pero tus preguntas me demuestran que me había quedado lejos de comprenderlo bien.

    Gracias Francis, de nuevo, por alumbrarnos el camino. Leo tus aclaraciones y se me va abriendo la mente (y la boca).

    Lo que más me ha gustado es que las teorías están bastante avanzadas y ya podemos explicar la inflacción.

    Coincido con Juan Carlos en que podemos estar cerca de un nuevo salto en la ciencia pero con los pocos datos que tenemos (comparado con otros campos en desarrollo) bastante se avanza. Es normal que se hable de posibles, no creo que nunca podamos tener la certeza completa de qué pasó. Aunque, entendiendo mejor la evolución, los modelos se ajustarán y nuestra certeza sobre esto aumentará acercándose al 100%.

    Quedo ala espera de las respuestas a las nuevas cuestiones de Sergio. Sólo me atrevo a comentar una, las interacciones deberían ser preexistentes ya que la inflacción es solo un cambio de estado.

    Hasta luego

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    1. Santos comenta: "la inflacción es solo un cambio de estado"

      Me gustaría destacar esta idea que es clave y fundamental, y que Sergio comenta en su resumen. En física una rotura de simetría es un cambio de fase o una transición de fase. Como el paso de una sustancia de gas a líquido, o de líquido a sólido. Recuerda que el hielo de agua tiene simetría hexagonal, pero el agua líquida es homogénea e isótropa en todas direcciones. O como la magnetización de un material no magnético. El cambio de fase es un cambio en las simetrías de un sistema físico.

      La teoría del big bang es una teoría de los cambios de fase del contenido del universo y la inflación es uno de esos cambios de fase. A muchos físicos de partículas y a muchos cosmólogos no les gusta esta "visión termodinámica" de cambios de fase; de hecho, según algunos modelos teóricos, algunos de estos cambios de fase no son transiciones de fase en sentido termodinámico (aunque para la mayoría de los modelos sí lo son). Hay una clasificación de las transiciones de fase y no sabemos cuál es la que describe cada una de ellas durante el big bang. Por ejemplo, no sabemos si la inflación es una transición de fase de primer orden (como en el modelo de Guth), de segundo orden (como en el modelo de inflación eterna de Linde), o si no tiene orden, luego en rigor no es transición de fase clásica (como en el modelo de inflación caótica de Linde).

      En termodinámica y física estadística, primero conocemos la transición (cambio) de fase y la clasificamos, y luego conocemos su origen fundamental. Con la inflación lo estamos haciendo al revés, primero construimos un modelo de su origen fundamental y luego tratamos de estudiar cómo sería la correspondiente transición de fase desde el punto de vista termodinámico. Muchos inventores de modelos de la inflación están poco preocupados por esta segunda parte de su trabajo.

      Saludos
      Francis

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  9. Estupendo resumen Sergio. Poner un fragmento de Francis queda muy bien, sobre todo cuando lo explica tan claramente.

    A mi hay una cosa que me sorprende, por que me cuesta entender. Estamos hablando de campos y que las partículas son excitaciones del campo cuando a este se le suministra energía. A lo mejor es por la visión mental que tengo de un campo me transmitieron en clase para entenderlo, pero me cuesta ver como se podría detectar alguna vez la partícula inflatón. Si el campo inflatón actuó en los primeros instantes del universo, tiendo a pensar que éste se debilitó después lo suficiente como para desaparecer del universo o como mucho, para quedarse como un campo "residual" con energías muy muy muy muy.... por debajo del resto de campos, con lo cual necesitaríamos mucha energía (creo demasiada para generarla en la tierra) para excitarlo y poder detectar la partícula inflatón. Mucho peor es poder detectar más de una partícula y poder tener significación estadística suficiente y no verlo como una simple fluctuación.

    Se podrán ver pruebas indirectas, pero excitar el campo para ver la partícula, lo veo realmente complicado. Por eso creo que la cosmología observacional y la física de partículas va a tener poco peso en los próximos años, dejando paso a la parte teórica. Y sinceramente no me gusta eso, porque sin pruebas, sólo se tendrían elucubraciones físico-matemáticas (por muy bonitas que sean).

    Saludos


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    1. Jorge comenta: "me cuesta ver como se podría detectar alguna vez la partícula inflatón."

      Tienes razón, Jorge. Todos los campos tienen estados de vacío y de partículas. En el caso del inflatón podemos estudiar las consecuencias de su transición entre vacíos y su vacío actual, pero no podemos excitar su partícula porque se requiere una energía enorme (del orden de la escala de la inflación, que no sabemos cuál es, pero con seguridad es muy superior a 10^10 GeV, aunque inferior a 10^16 GeV).

      El potencial de autointeracción de un campo se puede estudiar de forma directa usando sus partículas (que como comentas no podemos estudiar en el caso del inflatón), pero también de forma indirecta mediante sus estados de vacío. La comoslogía de precisión algún día debería permitir explorar la inflación y con ella el potencial de autointeracción del campo, que influye mucho en las "marcas" que la inflación ha dejado en el universo.

      A finales del siglo XXI deberíamos tener una visión muy detallada del potencial del campo inflatón si el ritmo de avance actual de la cosmología de precisión continua.

      Hay una gran diferencia entre el campo inflatón y el campo de Higgs con respecto a la cosmología. La transicíon de fase electrodébil mediada por el campo de Higgs no dejó "marcas" observables a escala cosmológica; sin embargo, la inflación ha dejado muchas. Por ello podemos explorar el potencial del inflatón usando la cosmología, pero no podemos usarla para explorar el campo de Higgs, que requiere el uso de colisionadores de partículas que nos muestren colisiones con dos y tres Higgs. Sobre este último tema voy a escribir un post en mi blog.

      Saludos
      Francis

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  10. Hola a todos. Sólo quería saludaros y agradeceros a todos vuestro interés---y también daros la enhorabuena por el diálogo que habéis organizado. He estado siguiendo la página estos días, pero la verdad es que no tengo nada que añadir a las completísimas respuestas que ha ido dando Francis. Voy a ver si leo el resumen de "mi última parte del libro".

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