Inflazioa: Big Bangaren lehen uneak

Ezaguna zaigu Big Bangaren teoria eta ondo errotuta dago fisikarien artean, baina unibertsoak baditu ezaugarri batzuk Big Bangak soilik azaldu ezin dituenak. Inflazioaren eredua Big Bangaren lehen uneetan kokatzen da, eta ezaugarri hauetako batzu azaltzeko gai da.

Unibertsoaren jatorria azaltzen duen Big Bang teoria nahikoa ondo zehaztuta badago ere, zalantza asko daude bere lehen uneen inguruan. Teoriak dio gure unibertsoa duela gutxi gora behera 14 mila milioi urte zegoen singularitate batetik sortu zela, eta unibertsoa etengabe hedatzen egon dela gaur arte.

Big bang teoriaren onarpen orokortua 1964an etorri zen, CMBa delakoaren aurkikuntzarekin. CMB edo Hondoko Mikrouhin-Erradiazioa (Cosmic Microwave Radiation ingelesez) Lurretik antzeman dezakegun erradiazio elektromagnetikoa da, unibertsoaren mutur-muturretik datorkiguna. Kosmosean urruneko objetuak ikusten ditugunean, orduan eta urrunago begiratu orduan eta gauza zaharragoak ikusten ditugu, argiaren abiadura finitua dela eta. Askotan esaten da eguzkitik jasotzen dugun argia 8 minutu lehenago abiatu dela eguzkitik. 25 argi-urtera dagoen izar bat ikusten dugunean, argi izpi horiek duela 25 urte igorritakoak dira. CMBa Big Bang garaian igorritako uhin elektromagnetikoek osatzen dute eta beraz duela 14 mila miloi urteko izpiak dira.

Zehazki, Big Bangetik 400.000 urtera igorritako izpiak dira CMBkoak. Puntu horren aurretik unibertsoa hain zen dentsoa zeren eta fotoiek (argi izpiek) ezin zutela libreki mugitu batetik bestera. Fotoiak askatzen ez zirenez, ezin izan zuten gure gaur egunerako bidai luzea egin. CMBa da beraz ikus dezakegun objeturik zaharrena eta urrunekoena, eta uhin elektromagnetikoei dagokienez behintzat ez da espero ezer zaharragorik inoiz ikusi ahal izango dugunik. Hau dela eta, lehen 400.000 urte horietako unibertsoari buruz dakigun guztia espekulaziotik dator; ez dugu behaketa zuzenik eta unibertso zaharrago batetatik egindako neurketetatik ondorioztatu dezakeguna bakarrik dakigu.

Big Bang: arazoak

Big Bang teoriak baditu hiru arazo, singularitate batetik abiatutako hedatze batek azaltzen ez dituenak:

1. Eskala handian, unibertsoa oso homogeneoa da. CMBak itxura bera du alde batera begiratu ala bestera begiratu. Honek kausalitate arazo bat dakar funtsean. Ekialdera begiratuta neurtzen dugun CMBa eta mendebaldera begiratuta neurtzen dugunak itxura bera dute, baina CMB horiek igorritako kokalekuak hain daude urruti, zeren 400.000 urte horietan ez zen denborarik izan bateko informazioa bestera pasatzeko. Erlatibitatearen teoriak dioenez ez dago informaziorik argiaren abiadura baino azkarrago bidaiatu dezakeenik. CMBa neurtuz badakigu hura igorri zeneko bi puntuen tenperatura berdina zela, baina puntu horiek hain zeuden elkarrengandik bananduta zeren kausalki puntu erabat ezberdinak ziren. 400.000 urte horiek ez ziren nahikoa informazio berdin bat argiaren abiaduran bi puntutara iristeko. Kausalki aldenduta badaude, ez dago arrazoirik biek tenperatura bera izateko eta CMB ia berdina igortzeko.
2. Eskala txikian, badaude ezaugarri ez-homogeneo batzuk. Unibertso gaztean bazeuden materiaren banaketan ez-homogeneitate txiki batzuk (ehuneko oso txikitakoak), eta hauetatik sortu ziren beranduago eta grabitate indarraren bidez galaxia klusterrak, galaxiak, izarrak, planetak eta abarrak. Ezaugarri ez-homogeneorik egongo ez balitz, unibertsoa erabat ezaugarririk gabea izango litzateke. Ez galaxiarik eta ez ezer. Big Bangak ez du azaltzen hasierako ez-homogeneitate hauen zergatia.
3. Unibertsoa ia erabat laua izatea. Ezaugarri hau azaltzeko erlatibitate orokorraren teoria ikusi beharko genuke, baina motz esanda, esan genezake unibertsoa laua edo kurbatua izan daitekeela. Ausazko ezaugarri bat da, kurbadura handia izan lezake, ala txikiagoa, ala laua, baina Big Bang teoriak ez du bataren ala bestearen aldeko arrazoirik ematen. Kasualitate handia dirudi erabat laua izateak.

Inflazioa: irtenbidea

Inflazioaren teoria 80. hamarkadan garatu zen, eta Big Bang teoriaren barnean kokatzen da, unibertsoaren lehen uneetan. Gorago aipaturiko arazoak konpontzeko, unibertsoaren lehen segundoan espazioaren hedatze esponentzial bat proposatzen du.

Hedatze hau izugarri azkarra izan zen, eta inflazioa eman zen denbora horretan, unibertsoaren tamaina gutxienez 10²⁶ aldiz handiagoa egin zen. Zenbaki hau izugarri handia da, gutxi gora behera puzgarri bat bere hasierako tamainatik, gaur egungo unibertso behagarri osoaren tamainara puztea bezala da.

Hedatze honek goiko hiru arazoei irtenbidea nola ematen dien azaltzen saiatuko gara:

1. Esan dugu unibertsoan oso urrun zeuden bi puntuk ez zutela astirik izan, argiaren abiaduraren muga dela eta, beraien arteko antzekotasuna azalduko zuen puntu komun batetatik etortzeko. Dena den, argiaren abiaduraren muga objektuen edo informazioaren mugimenduari ezartzen zaio, baina ez espazioa beraren hedatzeari. Adibide batekin hobeto azalduko dugu puntu hau. Demagun puzgarri batean bi puntu margotzen ditugula elkarrengandik zentimetro batera. Puzgarria puzten badugu, distantzia hori 10 zentimetrora hedatu daiteke, baina puntuak berez ez dira tokiz mugitu; beraien erreferentzia espazialean (puzgarria erreferentziatzat hartuta) lehengo toki berean daude. Espazioa (puzgarria) da hedatu dena. Inflazioan gauza bera gertatzen da, espazioa izugarri hedatzen da eta hedatze horrek ez du argiaren abiaduraren mugarik. Hedatzearen hasieran espazioaren toki ezberdinetan ezaugarri fisiko ezberdinak bazeuden ere (tenperatura adibidez), espazioa horrenbeste hedatu zen zeren gure inguruneko puntu guztiek, behatu ditzakegunek behintzat, tenperatura berdina duten. Puztu gabeko puzgarri batean etxetxo txiki bat margotzen badugu, ondoren puzgarria Lur planetaren diametrora puzten badugu (demagun posible dela), puzgarriaren geruzan bizi den pertsonak ez du jada etxetxo hori bereiztuko. Etxetxoaren ezaugarriak puzgarriarekin batera hedatu dira eta pertsona batek bere inguruan behatu dezakeen espazioan etxetxoaren arrasto guztiak desagertu dira. Esan daiteke hedatzeak puzgarriaren geruzaren ezaugarriak homogeneizatu dituela. Hau da zehazki inflazioak unibertsoaren ezaugarriekin egingo duena.
   
   
   
   
   
2. Unibertsoko eskala txikian bazeuden ez-homogeneitate oso ahul batzuk, ondoren hauetatik galaxiak eta abar sortu zirelarik. Hedatzearen hasieran, ez-homogeneitate hauek izugarri txikiak izan beharko ziren. Inflazioak unibertsoa 10²⁶ aldiz handitu bazuen, ez-homogeneitateak inflazioaren hasieran amaieran baino 10²⁶ aldiz txikiagoak izan beharko ziren. Adibidez, inflazioaren amaieran metro bat izango zuen ez-homogeneitateak, hasieran 10^-26 metro izan beharko zituen. Zenbaki hau nahiko gertu dago Planck luzera deitzen zaion 10^-35 metrotatik. Planck eskalan, fisika kuantikoa kontuan izan behar da. Mekanika kuantikoan energia eta denbora behagarri ez-bateragarriak dira, eta ziurgabetasun printzipioa dela eta, ezin dira biak nahi adina zehaztasunez neurtu. Planck eskalara jaitsi eta bertako gertaerak neurtzen baditugu, espazio eta denbora sekulako zehaztasunez neurtu ahal izango ditugu, baina ez dugu ideiarik izango bertako energiari buruz. Beste modu batera esanda, Planck eskala bezalako eskala izugarri txikietako objektuen energiaren berririk ez dugu, eta esaten da eskala horietan fluktuazio kuantiko izeneko ausazko energia aldaketak daudela espazio-denboran. Fluktuazio hauek inflazio aurreko unibertsoan ere egongo ziren, eta beraien tamaina 10^-36 metrokoa bazen, inflazioak tamaina makroskopikora hedatuko zituen. Hemen egon daiteke inflazioaren ondorengo ez-homogeneitateen jatorria.
3. Badirudi ez dagoela arrazoirik gaur egungo unibertsoa hain laua izateko. Baina berriro Lur planetaren tamainara puztu den puzgarriaren adibidea hartzen badugu, erraz ikusiko dugu nola hasieran edozein formatakoa zen puzgarria, bere geruzan bizi den pertsona batentzat laua bilakatu den, guk geure planeta laua ikusten dugun bezalaxe. Inflazioaren hasieran edozein kurbaturako unibertsoa inflazioak berak erabat laua bihurtuko zuen.

Inflazioa: arazoak

Nahiz eta inflazioaren teoriaren aldeko zantzu asko egon, ikerlariak ez dira oraingoz gai izan inflazioa azaltzeko eredu zehatzik emateko. Inflazioak gaur egun behatu dezakegun unibertsoaren misterioak azaltzen ditu, baina ez gara gai inflazioa zergatik eta nola eman zen azaltzeko.

Eredu asko garatu dira, baina asko dago oraindik egiteko eredu bakar eta zehatz bat gailentzeko, eta batez ere bera egiaztatzeko esperimentuak garatzeko. Teorikoki, inflazioa inflatoi izeneko eremu batek sortuko luke, baina argitzeke dago inflatoi honek zer elkarrekintza duen bestelako eremuekin, hala nola grabitatearekin edo ezagutzen ditugun partikulekin.

CMBan neurketa oso zehatzak egiten ari dira, bertan ikus daitezkeen ez-homogeneitate horiek baitira inflazioaren hasieran zegoen unibertsoaren berri izateko modu bakarra. Beste ezaugarri guztiak inflazioak berak hedatu eta lausotu zituen. Alde horretatik, hasierako egoera behatzeari dagokionez, inflazioa teoria gaiztoa da oso, hedatzeak berak unibertsoaren ezaugarri ia guztiak gure eskutik at barreiatu baitzituen. Hau dela eta inflazioari ezabagailu kosmiko ere deitu izan zaio.

Inflazioaren eredu batzuk fisika oso exotikorako bide ere ematen dute. Eredu batzuk inflazio etengabea delakoa proposatzen dute. Honen arabera, inflazioa etengabe ematen ari da unibertso zabalean zehar, eta guk ezagutzen dugun unibertso egonkorrago hau, inflazio etengabean dagoen unibertso orokorrean azaldu den burbuilatxo bat besterik ez da. Fluktuazio kuantikoak direla eta, posible litzateke inflazio etengabearen baitan burbuilatxoak sortzea eta euren barnean inflazioa etetea. Guk behatzen dugun unibertsoa halako burbuila bat litzateke, baina hemendik kanpo dagoen espazioak inflazioan segituko luke. Burbuilatxoak maiz sortuko lirateke gainera, eta beraz teoria honetan gurea bezalako hainbat unibertso daude, multibertso izenez ezagutzen direnak. Ez da multibertso hau mekanika kuantikoaren baitan Hugh Everettek proposatu zuen mundu askoko interpretazioan agertzen den multibertsoarekin nahastu behar. Hartan unibertsoak ez dira fisikoak, mekanika kuantikoaren probabilitateen baitan bizi dira; inflazio etengabekoak, berriz, fisikoki unibertso ezberdinak dira eta denak une berean existitzen dira unibertso zabalago baten barnean. Teoria hauek, dena den, oraingoz ideia posibleak besterik ez dira, ez dago inolako behaketa edo zantzurik beraien alde egiteko. Multibertsoaren kasuan, gainera, fisikoki ezinezkoa da beste unibertsoen berri jakitea, ezin baitugu gure burbuilatxotik kanpo dagoen ezer behatu, ezta zeharka ere, eta beraz inoiz baieztatu ezingo den zerbait da.