O universo inflacionário que se auto-reproduz

A inflação foi um evento logo após o big bang (do segundo 10^(-36) até 10^(-32)) o qual resultou em uma expansão brusca do universo. Neste minúsculo intervalo de tempo o tamanho do universo aumentou em um fator de 10^(26). Quando este curto período chegou ao fim, o universo continuou (e continua) a se expandir, porém, a uma taxa muito mais reduzida do que em comparação à "era" da inflação.

Ainda nos primeiros momentos pós Big Bang, as forças da natureza eram tidas como unificadas, isto é, todas as forças nas condições iniciais do universo estariam contidas em uma só força (há ressalvas quanto a unificação da gravidade). Com a unificação das forças, não havia um modo de distingui-las (nem suas respectivas partículas transmissoras de força) . A diferenciação surge mais tarde, quando o universo é preenchido pelos chamados campos escalares, em um processo chamado de quebra de simetria. A foto 2 ilustra a unificação e separação das forças da natureza.

*Nota: Esse artigo apresenta uma hipótese. "o universo inflacionário que se auto-reproduz", baseada na teoria da inflação. Não devemos confudir os conceitos de hipótese e teoria. Hipóteses são ideias em um estado de carência de evidências para provalas. Teorias são ideias as quais já foram muito bem comprovadas e testadas, sendo estas apoiadas por evidências.

Mas o que são campos escalares? Posto de modo simples, campos escalares constituem uma categoria de campos, sendo o campo de Higgs um exemplo. O campo escalar hipotético (isto é, ainda não confirmado) responsável pela inflação é o chamado "campo de inflação".

Mas como seria a atuação do campo de inflação? Segundo a Relatividade Geral, a expansão do universo é diretamente proporcional à densidade do universo: (expansão do universo)∝√(densidade do universo) A matéria ordinária (prótons, nêutrons, átomos...), sozinha, seria rapidamente diluída conforme a expansão do universo, diminuindo exponencialmente a densidade deste. Todavia, por conta da equivalência massa-energia de Einstein, 𝐸=𝑚𝑐^2, a energia potencial do campo inflacionário também contribui para a densidade total do universo (por contribuir para com a "massa resultante"). Caso a energia potencial de um campo inflacionário atinja seu menor valor, o respectivo campo inflacionário desaparece, marcando o fim do período inflacionário, retardando assim a expansão.

O "ponto-chave": a inflação cria novas inomogeneidades no espaço via flutuações quânticas de vácuo (partículas as quais surgem e desaparecem "espontaneamente" durante curtos intervalos de tempo por todo o espaço). Essas flutuações de densidade modificam o valor do campo inflacionário, podendo fazer com que a energia potencial deste aumente, ocasionando em uma nova inflação, sendo que nesta nova inflação surgirão outras flutuações de densidade originando novas inflações, e assim sucessivamente. As fotos 3 e 4 ilustra um diagrama representando este "ciclo inflacionário".

Foto 1: capa Foto 2: diagrama mostrando a unificação e separação das forças da natureza Fotos 3 e 4: diagramas ilustrando o "ciclo inflacionário"

Material de referência: The Self-Reproducing Inflationary Universe (Andrei Linde) The evolving universe (S. George Djorgovski) Origens; Astrofísica para gente com pressa (Neil deGrasse Tyson) O Universo numa Casca de Noz; Uma Breve História do Tempo (Stephen Hawking) 50 ideias de astronomia que você precisa conhecer (Giles Sparrow) Do átomo ao buraco negro (Schwarza)