¿Cuál es la fuente de energía del vacío durante la era inflacionaria?

Se supone que durante la época inflacionaria el universo está dominado por la energía del vacío . ¿Cuál es la fuente de esta energía de vacío y cómo se relaciona con la energía del campo de inflación?

¿Por qué necesita una "fuente"?
Algo debe contribuir a la energía del vacío. ¿Bien? Puede ser el propio campo de inflación.
La energía no se conserva en cosmología. Quiero decir, bien puede ser que algo esté "contribuyendo" a ello, pero no veo una razón por la que algo deba contribuir a ello.
No está bien. La época dominada por la energía del vacío (energía oscura, constante cosmológica) es ahora. Durante la inflación, el(los) campo(s) de inflación con el potencial apropiado dominaban el universo.
La vieja inflación asumía que el universo estaba en un falso vacío durante la inflación. Pero ahora, los potenciales inflacionarios favorecidos son similares a una meseta (con una pendiente pequeña) durante ese período.

Respuestas (2)

La idea general es que durante la época inflacionaria había un campo escalar que impregnaba el espacio que tenía una densidad de energía potencial muy grande. Las configuraciones de campo (como el campo electromagnético) pueden tener asociada energía cinética y potencial.

Si dicho campo tuviera asociada una densidad de energía potencial muy alta, por ejemplo, porque el campo tuviera un valor distinto de cero (esperanza de vacío) en todas partes del espacio que tendría mucha energía potencial asociada, la mayor parte de la energía del el campo sería transportado por su energía potencial, y no por su densidad de energía cinética. Dado que la densidad de energía de un campo es proporcional a

T v m = ∂ L ∂ ( ∂ m ϕ ) ∂ v ϕ − L d v m
dónde L ∼ PAG − V es la densidad lagrangiana del campo (que es proporcional a su densidad de energía potencial menos su densidad de energía cinética), vemos que si la densidad de energía potencial del campo es mucho mayor que la densidad de energía cinética del campo, el tensor de energía-momento resultante se comportará como una densidad de energía negativa.

En la mayoría de los modelos, las personas ajustan la dinámica del campo de inflación de tal manera que, a medida que el universo se expande rápidamente, este campo pierde lentamente su energía potencial y el proceso de expansión se detiene. No existe una relación precisa entre la cantidad de energía potencial almacenada en el campo de inflación al comienzo del proceso de expansión y algún tipo de energía que se almacenará en el espacio-tiempo después. Parte de la razón es que en un universo en expansión ya no podemos definir una noción de 'energía conservada globalmente', pero ese es otro tema.

Por lo general, no se aborda cómo el campo inflacionario llegó a esta configuración particular y cómo esta energía potencial se 'almacenó' en el campo inflacionario en primer lugar. No sabemos qué sucedió antes de la época inflacionaria o cómo se comporta el universo a energías aún más altas, el objetivo principal es tratar de derivar un modelo (dentro del marco moderno de la teoría de campo (cuántica)) que responda varias preguntas en cosmología ( como el horizonte y los problemas de planitud) y dan al mismo tiempo una predicción precisa de, por ejemplo, la distribución de puntos calientes y fríos en el fondo CMB. La inflación es un marco general que describe cómo podría haber sucedido esto utilizando la teoría de campos, pero, por supuesto, siempre podemos preguntarnos 'qué pasó antes de eso' o 'de dónde vino este campo'. Quizás en el futuro, ¿Resultará que el 'campo de la inflación' es solo una descripción efectiva de un marco teórico general aún más grande? Hasta entonces no lo sabemos y la gente trata de encontrar el modelo más simple que mejor se ajuste a los datos disponibles.

He abordado su pregunta en tres partes:

Se supone que durante la época inflacionaria el universo está dominado por la energía del vacío.

Durante la época inflacionaria, la expansión del universo estuvo dominada por el campo de inflación, que es diferente de la energía del vacío que actualmente domina la expansión.

¿Cómo se relaciona eso con la energía del campo de inflación?

Tanto la energía del vacío como los universos dominados por el campo inflatón dan lugar a una expansión acelerada pero tienen diferencias importantes (ver Quintaesencia ). Para una intuición rudimentaria demasiado simplificada sobre el aspecto de conservación de la energía, se puede decir que el campo pierde su energía que luego es utilizada por el universo para expandirse, pero debe tenerse en cuenta que esto es una simplificación excesiva.

¿Cuál es la fuente de esta energía de vacío?

Según Wikipedia:

La energía del vacío es una energía de fondo subyacente que existe en el espacio en todo el Universo.

la razón por la que el vacío tiene una energía distinta de cero, contrariamente a lo que uno espera, se puede atribuir básicamente al principio de incertidumbre de Heisenberg, que nos prohíbe conocer el estado exacto de cualquier campo.

Para una intuición rudimentaria sobre el aspecto de la conservación de la energía, se puede decir que el campo pierde su energía, que luego es utilizada por el universo para expandirse, pero debe tenerse en cuenta que esto es una simplificación excesiva de la compleja teoría subyacente que aún no está clara . sin embargo, completamente entendido .

En cuanto a los orígenes del campo inflatón y por qué las cosas estaban en el estado en que estaban, como señaló JgL en su excelente respuesta en profundidad, esa es todavía una pregunta abierta.

En el caso de la inflación, la densidad de energía (negativa) que impulsa la época inflacionaria se debe en general a la densidad de energía potencial del 'campo inflatón', esta es una afirmación sobre la teoría clásica de campos y no hay necesidad de cuantificar estos campos. . Menciona varias veces en su respuesta que un vacío mecánico cuántico tiene una energía de vacío distinta de cero, pero estas fluctuaciones de vacío no tienen nada que ver con por qué el universo se expande en las teorías de la inflación. La inflación describe un espaciotiempo clásico que se expande debido a la densidad de energía de un campo clásico en este espaciotiempo.
Sí, he dejado claro en la primera parte que la energía del vacío no es la causa de la inflación. los comentarios adicionales sobre la energía del vacío fueron para abordar la confusión del OP sobre "cuál es la fuente de la energía del vacío"
OP pregunta por la fuente de la 'energía de vacío' que domina el universo durante la época inflacionaria. Esto se debe al valor esperado de vacío del campo y su energía potencial asociada, no a las 'fluctuaciones de vacío' causadas por los términos cinéticos en el Lagrangiano (después de cuantificar la teoría). Es una terminología confusa que ambos se llamen 'energía de vacío', pero el primero es un efecto clásico (esa es la 'energía de vacío' relevante aquí), el segundo es un efecto cuántico que en los modelos inflacionarios es pequeño en comparación con el (clásico) energía potencial y puede ser ignorada.
Después de mi discusión con usted, mi propia pregunta es de repente rechazada por alguien sin dar ninguna explicación. ¿Supongo que es solo una coincidencia?
@JgL esto probablemente pertenezca a un mensaje personal, pero como no sé cómo hacerlo, responderé aquí. En primer lugar, no sabía que mi respuesta te parecía hostil en primer lugar para que pensaras que haría algo tan inútil. Si quieres una prueba, dime qué pregunta y puedo votarla temporalmente, si ves un aumento de 5 puntos, entonces sabes que no fui yo.
Creo que ambos tuvieron algunas explicaciones bastante buenas, y estoy de acuerdo con Jagl en que los dos, el inflatón y la energía oscura, no son la misma física. Al menos tenemos algunos modelos plausibles para el inflatón, pero no estoy tan seguro de la energía oscura. De todos modos, ambos votaron a favor. Por cierto, tampoco fui yo.
@alex, mis disculpas, supongo que tienes razón acerca de que soy inapropiado. Me molesté un poco y me disparé después de que algunas personas tomaron algunos de mis comentarios en sus publicaciones como algo personal y los consideraron hostiles. Injustamente asumí que este sería el caso con casi todas las discusiones en la sección de comentarios, pero es bueno ver que todavía hay algunas personas razonables. Mis disculpas nuevamente, haré todo lo posible para no volver a hacer suposiciones tan rápido en el futuro.
¿Cuál es la fuente de energía del vacío durante la era inflacionaria?
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