¿Cómo la inflación crea un universo de la nada?

Creo que no es posible dar una respuesta clara de "sí o no" a su pregunta, porque es una pregunta sobre un área de investigación donde quedan muchos modelos que no concuerdan entre sí, y simplemente no sabemos cuál si alguno tiene razón. El área de investigación es la teoría de la inflación.

La inflación o algo parecido puede haber ocurrido, o puede no haber ocurrido. Las mayores incógnitas aquí tienen que ver con la entropía. Los intentos de modelar el universo primitivo en detalle suelen evocar (sin darse cuenta siempre de que lo han hecho) estados de cosas extremadamente especiales. Esto hace que sea difícil evaluar si una teoría dada no ha explicado algo sino que ha demostrado que sería el resultado de algo aún más inexplicable. La inflación no escapa a este problema.

Creo que el mensaje principal aquí es que algo bastante extraño está sucediendo en nuestros días en la interacción entre la investigación científica y el público en general. La distinción entre ideas cuidadosamente construidas y probadas y la mera especulación se difumina en muchos libros populares, y los canales de YouTube son aún peores. En física de partículas elementales, el progreso de los últimos 80 años ha requerido una asociación entre el experimento y la teoría. Hay ejemplos ocasionales en los que la comprensión teórica puso en marcha algo fuera del alcance del experimento, pero que resultó ser correcto (el mecanismo de Higgs es un buen ejemplo). Pero también hay muchos ejemplos de casos en los que los experimentos arrojaron sorpresas. La inflación es un intento de lidiar con la física en la escala de energía.$\ge 10^{15}$GeV. Los experimentos han accedido hasta$10^4$GeV.

Creo que la mejor manera de responder a su pregunta es fomentar el interés continuo en estas áreas, pero también fomentar un papel más importante para la actitud "bueno, realmente aún no lo sabemos".

Pero una cosa que sí sabemos es que todos los modelos científicos propuestos alguna vez para cualquier cosa han invocado una continuidad entre una cosa y otra, entre una situación anterior y una situación consecuente. La idea de que la física sugiere que algo podría surgir de la nada es simplemente una mala dirección, un mal uso deliberado de las palabras, presumiblemente en un esfuerzo por ganar lectores o algo así. Menciono esto simplemente porque el título de su pregunta sugiere que puede haber sido mal dirigido a este tipo de malabares con los significados de las palabras.

Entre los autores bien ubicados para comentar aquí, y que creo que hace un trabajo razonablemente equilibrado, se encuentra Sean Carroll.

Edición agregada para responder un punto específico al final de la pregunta.

Con o sin inflación, se considera que el espacio comenzó desde un estado primitivo presumiblemente descrito por la gravedad cuántica, y creció extremadamente rápido en los primeros tiempos. Esto dio como resultado que las fluctuaciones de densidad de energía estuvieran presentes en casi todas las escalas de distancia. Esto se modela teóricamente mediante el uso de la teoría cuántica para proporcionar un valor para la desviación estándar de la distribución y luego tratar esa distribución como un campo clásico que tiene fluctuaciones en el espacio y el tiempo con la desviación estándar dada. El paso aquí de lo cuántico a lo clásico se pasa por alto en la literatura de investigación; está conectado con las sutilezas involucradas en el proceso llamado ruptura de simetría. (¿ Qué es la ruptura de simetría espontánea en los sistemas QUANTUM? )

De todos modos, el punto principal de su pregunta es que esto no es como la radiación de Hawking. Las fluctuaciones ya se consideran clásicas, o se tratan como clásicas, haya o no una inflación posterior para extenderlas. (No trabajo directamente en esta área de investigación; obtuve la información anterior de un libro de Hobson, Efstathiou y Lasenby, y de varias reseñas y otros artículos).

Las teorías de la inflación no son lo mismo que las teorías del universo de la nada.

Ya había “algo” cuando empezó la inflación. En la inflación, el universo (tanto el espacio-tiempo como los cuantos en ese espacio-tiempo) ya existía, pero luego se hizo exponencialmente más grande debido a la energía y la presión de un campo de "inflatón" escalar teorizado que sería algo similar a un campo de Higgs.

En las teorías del universo de la nada, el universo emerge de un estado sin espacio-tiempo ni cuantos, quizás a través de un túnel cuántico.

Si lo que quisiste decir fue "¿Cómo es posible que la inflación cree tanta materia y radiación?", entonces hay dos respuestas posibles. La primera es que la conservación de la energía puede no aplicarse al universo como un todo. La segunda es que, si se aplica, se mantiene porque la energía potencial gravitatoria de toda esa nueva materia y radiación es negativa (al igual que la energía potencial gravitatoria de la Tierra y el Sol es negativa) y equilibra toda la energía positiva de la materia creada y la radiación.

Fue el Big Bang el que creó el universo, y la "nada" de la que se creó probablemente fue la bola de fuego de un universo anterior que colapsó en un Big Crunch seguido de un Big Bounce. Esta no es la teoría predominante en este momento, aunque no se ha descartado por completo. Big Bangs únicos que no tienen una causa aparente y literalmente crean un universo de la nada y finalmente se disipan en la nada oscura del espacio plantean todo tipo de problemas desde el punto de vista de la lógica, que se evitan con un Big Crunch. Las teorías van y vienen, al igual que la evidencia en la que se basan, por lo que quizás el Big Crunch vuelva a estar de moda algún día.

Soy muy escéptico sobre el escenario de inflación y creo que deberíamos esperar más evidencia al respecto. Lo mismo ocurre con las partículas virtuales, ya que existe buena evidencia para ponerlas en duda. El efecto Cassimir, por ejemplo, puede explicarse por mecanismos más mundanos. La discrepancia de 40 órdenes de magnitud entre la energía de vacío requerida por QM y las observaciones cosmológicas con las que entra en conflicto no inspira confianza en la teoría de partículas virtuales.