El principio cosmológico. Tercera parte: El orígen de la homogeneidad

En el modelo cosmológico vigente existe una razón para la homogeneidad, aunque no necesariamente para la isotropía. En el universo recién nacido existen zonas en contacto causal, al tratarse de un espacio donde todas las distancias son prácticamente cero. El contacto causal hace que ese estado inicial sea homogeneo dentro de esas zonas. Un instante tras este estado, el universo entra en una fase de expansión acelerada, aumentando sus distancias de forma exponencial en un periodo muy corto de tiempo. Esto hace que la homogeneidad inicial de esas zonas se transfiera a todos los puntos expandidos en el espacio, sin perderse en ese tiempo tan corto. Como siempre, la analogía del globo viene bien para entenderlo. En el globo deshinchado podemos dibujar una mancha. Cuando el globo se hincha la mancha se hace más grande. El periodo de expansión exponencial se denomina inflación.

Esta idea también nos indica que aquellos puntos que quedan fuera del horizonte causal de aquellas zonas iniciales no son parte de sus respectivas burbujas inflacionarias. Fuera de nuestra burbuja inflacionaria, hay, por tanto, algo que no estuvo en contacto causal con ella. No es necesariamente de esperar que la burbuja inflacionaria sea exáctamente igual al universo observable actual (el horizonte de partículas), pero sí es de esperar que la burbuja tenga un límite. Por tanto, más allá de ese límite no tiene por qué haber homogeneidad.

La inflación también proporciona una sorprendente explicación a la inhomogeneidad a escalas menores, esto es, la existencia de estructuras materiales en el universo. La razón de ellas se encuentra en las fluctuaciones cuánticas del vacío durante el periodo inflacionario. Estas fluctuaciones quedan „congeladas“ debido a la fuerte expansión. Un argumento heurístico para entenderlo es el siguiente: un par virtual de partícula – antipartícula creado del vacío no tiene tiempo de aniquilarse debido a la rápida expansión del espacio. La explicación técnica es algo más compleja y no hace uso de esos términos.

El caso es que ese quedarse „congeladas“ hace que estas fluctuaciones cuánticas se conviertan en perturbaciones reales de densidad energética del campo que las crea (el inflatón, el campo causante de la inflación), haciendo a su vez que la métrica del espacio-tiempo de fondo quede perturbada. Tras un proceso algo misterioso y poco entendido denominado recalentamiento, en el cuál se transfiere energía del inflatón a otros campos materiales creando partículas, la materia caerá en esos potenciales gravitatorios de la métrica perturbada, dando lugar a la formación de estructuras y su colapso gravitacional.

El tema de la isotropía es algo más complejo en mi opinión. Si encuentro tiempo para aclarar mis ideas y resumirlo habrá una cuarta parte.