|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Article:
TdC: En torno a la inflación cósmica - Enrique Fernández
18-12-2014 Josep Lluís Díez
Enrique Fernández Sánchez. Catedràtic de la UAB i ex-director de l'Institut de Física d'Altes Energies de Barcelona.
En una xerrada molt tècnica, alhora que molt didàctica, el Dr. Fernández va explicar el fenomen de la inflació en els primers instants de l'univers, just després del Big Bang. «La inflació és el Bang del Big Bang» va dir, per començar a fixar idees. Després va parlar de l'expansió de l'univers, de la teoria del Big Bang, de la inflació com part integrant d'aquesta teoria, dels multiversos, de la possible confirmació de la teoria de la inflació en març d'aquest any,... No cal dir que, amb aquest guió, va tenir l'audiència entusiasmada des del principi fins al final, intentant no perdre cap detall de l'explicació.
Una teoria científica és una explicació de fets naturals basada en el mètode científic, que permet la predicció de nous fets, te consistència interna i és falsificable (del diccionari: falsificable o falsable vol dir que es pot provar la no-adequació a la realitat, la falsedat de la teoria).
El Big Bang és una teoria científica que inclou una enorme expansió de l'espai, enunciada ja per Lemaître en 1927. L'expansió de l'espai va ser quantificada poc després per Hubble en forma de la llei que ara porta el seu nom, que expressa que la velocitat a la que s'allunyen les galàxies de nosaltres (o de qualsevol altre punt) és proporcional a la distància a la que es troben. Hi ha una distància més enllà de la qual les galàxies s'allunyen a més velocitat que c (velocitat de la llum), aquesta distància és el nostre horitzó, el límit de l'univers observable. Si ara anéssim cap endarrere en el temps, les galàxies s'acostarien, la temperatura pujaria, els àtoms s'ionitzarien, els nuclis es trencarien, el nucleons es desfarien en quarks i, al principi de tot, tindríem una «sopa» molt calent i densa de partícules elementals.
La hipòtesi del Big Bang ha tingut grans èxits en predir, per exemple:
- L'existència del fons còsmic de microones, trobat per Penzias i Wilson en 1964.
- La nucleosíntesi primordial, en la que es van formar els elements químics lleugers en la proporció esperada.
Però te també alguns problemes:
- El problema de la planitud: un univers que només tingués masses no seria estable, col·lapsaria per efecte de la gravetat. Aquest problema ja va ser vist per Newton i Einstein. Einstein va proposar per a solucionar-lo la «Constant Cosmològica», el que ell mateix va considerar posteriorment que havia estat l'error més gran de la seva vida. De fet, l'expansió fa que no calqui cap constant cosmològica.
- El problema de l'horitzó. L'horitzó és la frontera de l'espai més enllà de la qual no tenim capacitat d'observació, no tenim cap possibilitat de contacte. Dins de l'horitzó es troba el que s'anomena el nostre univers observable. La radiació de fons de microones posa de manifest que l'univers te una gran uniformitat de temperatura, equivalent per tot arreu a 2,7 K. Si ens situem a l'instant en el que es forma la radiació de fons, 380.000 anys després del Big Bang, mirant des d'un punt T en direccions oposades i considerant els dos punts extrems de l'horitzó de T, A a dreta i B a esquerra per exemple, hem de concloure que, des d'aleshores, A i B no han pogut estar en contacte. Però es troben ara, més de 13.000 milions d'anys després, a la mateixa temperatura de 2,7 K! Aquest és l'anomenat problema de l'horitzó.
- El problema dels monopols magnètics. En una època molt propera a t=0, totes les partícules interaccionarien de la mateixa manera, sotmeses a una única força, que seria la unificació de les quatre forces fonamentals que apareixerien el èpoques posteriors. En aquests primers instants, les teories de Gran Unificació prediuen la creació de gran quantitat de monopols magnètics. Però aquests no han estat mai observats!
El problema dels monopols era el que estava estudiant Alan Guth en 1979 i, per solucionar-lo, introdueix un mecanisme similar al camp de Higgs, la partícula corresponent al qual ha estat descoberta el 2012 al CERN de Ginebra. Aquest mecanisme prediu una expansió sobtada, la inflació. En un temps molt breu, l'univers s'expansiona de forma exponencial en un factor de 10 elevat a 25. La hipòtesi de la inflació, presentada per Alan Guth el 21 de gener de 1980 en Stanford, Califòrnia, resolt els tres problemes, planitud, horitzó i monopols, citats anteriorment.
Però la teoria de la inflació comportava una nova idea: la inflació no tenia perquè donar-se en tots els punts de l'espai al mateix temps, es podien haver format diferents «bombolles» que s'expansionarien molt ràpidament, donant lloc cadascuna d'elles a un univers diferent, que podria tenir lleis i constants diferents de les dels altres. D'aquí neix la idea dels multiversos, universos paral·lels que evolucionarien independentment, un dels quals seria el nostre.
La teoria de la inflació feia dues prediccions que s'han anat confirmant recentment:
- L'existència de fluctuacions primordials pre-inflacionàries, responsables de la formació posterior de galàxies i estrelles. Les darreres observacions de la radiació de fons (COBE, WMAP) confirmen la uniformitat de la radiació de fons de microones, però amb petites variacions, que podrien ser les fluctuacions predites per Alan Guth.
- L'existència d'ones gravitacionals durant la inflació, que produirien una determinada polarització en la radiació de fons de microones. El 17 de març de 2014, l'experiment BICEP2 anuncià, amb gran ressò inclús de la premsa no especialitzada, la possible observació d'aquesta polarització. L'experiment Planck (telescopi de la ESA) podria confirmar aquesta observació.
El professor Enrique Fernández va acabar la seva brillant dissertació amb la frase d'Albet Einstein: «El més incomprensible de l'univers és que sigui comprensible».
