¿Se define el Big Bang como antes o después de la inflación?

El Big Bang se definió originalmente como el límite de tiempo cero de la métrica FLRW, por lo que es una construcción matemática y no principalmente algo físico. Hemos optado por aplicarlo al límite de tiempo cero del universo porque pensamos que la métrica FLRW era una buena descripción del universo, pero luego la inflación interrumpió la fiesta y arruinó la diversión.

Entonces, si vas a usar la frase Big Bang en relación con el universo, en oposición a su significado puramente matemático, depende de ti definir qué significa. Como ha descubierto, actualmente no hay consenso sobre su significado.

Personalmente, evitaría usar el término a menos que se refiera específicamente a la métrica FLRW.

Así que investigué un poco más sobre esta pregunta y el resultado que encontré es bastante sorprendente. Realmente no hay una definición establecida. Algunos cosmólogos le dirán (como mencionó John Rennie) que evite usar el término "Big Bang" a menos que sea absolutamente necesario. Sin embargo, ese es un lujo que no se permiten todos los cosmólogos.

Lo más sorprendente es que entre los cosmólogos que no pueden evitar usar el término, todavía no hay consenso y nadie habla nunca de que hay dos definiciones usadas casi por igual . Me he enfrentado a varios cosmólogos de la facultad sobre esto y todos dicen lo mismo: simplemente eliges la definición que más te gusta y la aceptas. Nadie menciona su definición específica en los documentos o que existen definiciones mutuamente excluyentes, simplemente se ignora como un problema. Pero estoy despotricando, así que déjame responder formalmente la pregunta.

Hay dos definiciones válidas y son, en su mayor parte, como definí en la pregunta. Para aquellos de nosotros que no podemos evitar usar "el Big Bang" en nuestro trabajo, la elección de la definición parece depender en parte del área de investigación del individuo. La mayoría de las veces, los cosmólogos inflacionarios elegirán la definición del Big Bang como la singularidad de la curvatura antes del inicio de la inflación (excepto aquellos que estudian la inflación eterna, para quienes el período anterior al inicio de la inflación está mal definido). Los cosmólogos observacionales y aquellos que estudian el universo después de la inflación tienden a elegir la definición del Big Bang como el final de la inflación y el inicio de la era de expansión caliente dominada por la radiación. A veces, me he dado cuenta de que esta vez se conoce como "Hot Big Bang",

Entonces, la respuesta a mi pregunta de cuál es la definición correcta del Big Bang es que hay dos definiciones correctas sin una forma canónica de distinguirlas. Es igualmente válido afirmar que el Big Bang ocurrió antes de la inflación como afirmar que ocurrió al final de la inflación. Si bien puede ser muy confuso que nadie parezca reconocer esta dicotomía, la definición utilizada en una circunstancia determinada a menudo se puede inferir del contexto; los investigadores tienden a usar la definición que marca el comienzo de la(s) era(s) que están investigando.

En mi opinión, todo depende de si se incluye la cuantización de la gravedad o no.

El Big Bang clásico solo usa la Relatividad General y las soluciones de sus ecuaciones. Una singularidad tiene un significado bien definido en el enfoque clásico.

Como los físicos están convencidos de que el marco subyacente de la naturaleza es la mecánica cuántica, se espera que la gravedad también sea cuantizada. La época inflacionaria aparece en el modelo donde se supone una cuantificación efectiva de la gravedad. La cuantización conlleva el principio de incertidumbre de Heisenberg que, en efecto, elimina las singularidades que aparecen en las teorías clásicas, por ejemplo, el potencial eléctrico 1/r no crea una singularidad en la formulación de la mecánica cuántica.

Las teorías clásicas generalmente emergen del marco mecánico cuántico subyacente. Esto no invalida los modelos teóricos que describen con tanto éxito los datos clásicos. Simplemente limita su región de validez. El modelo del Big Bang tiene éxito en su región de validez y se modela como si hubiera una singularidad desde el principio porque eso es lo que dicen los datos.

Cuando se alcanzan los límites de validez en densidad de energía, espacio y tiempo de GR clásico, entonces se debe invocar QM y modelar los datos con él, que es lo que hace el modelo inflacionario. Eso no invalida el BB clásico. Todavía surgirá y se aplicará en su región de validez. Las diversas definiciones que usted establece se deben a esta confusión de tratar de mantener tanto el marco clásico como el QM a la vez.

Cuando aparezca un modelo sólido de gravedad cuantizada en una Teoría del Todo, estas confusiones se resolverán. Mi opinión es que el Big Bang clásico ya no se valida para las dimensiones pequeñas y, por lo tanto, su singularidad, ya que el período inflacionario se valida por el fondo cósmico de microondas. Sin embargo, el comportamiento emergente en grandes dimensiones es como si existiera una singularidad al principio, por lo que en grandes dimensiones el Big Bang es válido. Es similar a la diferencia entre el átomo de hidrógeno mecánicamente cuánticamente y dos bolas cargadas que se atraen entre sí macroscópicamente. No hay singularidad en el átomo de hidrógeno, las dos bolas cargadas modeladas como puntos en su centro de masa tienen singularidades allí, y su comportamiento macroscópico se ajusta al modelo con singularidades.

En mi opinión, el Big Bang no se refiere a un evento distinto sino a una teoría cosmogónica como un todo, que "predice" (¿deberíamos decir "retrodice"?) muchos eventos diferentes del pasado remoto. Por ejemplo, existe un término establecido como "nucleosíntesis del Big Bang" que describe una época varios segundos después del Principio del Tiempo. El Principio del Tiempo en sentido estricto debe ser referido rigurosamente como “singularidad cosmológica” . Pero incluso los físicos profesionales no siempre distinguen los términos de manera consistente.

De vuelta a la pregunta original. La inflación ciertamente ocurre después de la singularidad cosmológica, pero antes de varios eventos importantes del Big Bang. En otras palabras, la inflación es una época opcional que puede ocurrir dentro de la era y la teoría del Big Bang.

No tenemos idea de cuánto duró la inflación. Necesitas 50-70$e$-pliegues (con el$e$-doblar el tiempo estando vagamente en la vecindad de$10^{-30}\text{ s}$) para que coincida con los datos, pero eso es solo un límite inferior. Este artículo describe un modelo que apenas alcanza el mínimo de 50$e$-pliegues, mientras que este documento describe un modelo en el que el número esperado de$e$-los pliegues pueden ser de hasta$10^{10^{10}}$, que es aproximadamente$10^{10^{10}}$segundos, o$10^{10^{10}}$años, o$10^{10^{10}}$veces lo que normalmente llamamos la "edad del universo".

Por lo tanto, poner el big bang antes de la inflación, aunque esté bien motivado en principio, es inútil en la práctica, ya que no se puede utilizar como punto de referencia para otra cosa que no sea el comienzo de la inflación. Cuando alguien afirma que la recombinación ocurrió 300 000 años después del Big Bang, o cuando el universo tenía 300 000 años, debe estar midiendo desde el final de la inflación o más o menos, porque si estuviera midiendo desde el comienzo de la inflación, simplemente estaría equivocado.

Modern Cosmology de Dodelson define el Big Bang como algo anterior a la inflación; utiliza efectivamente la antigua definición de que el Big Bang es el momento en que el factor de escala se aproxima a cero.

¿Lo hace? Dice que la inflación es la propuesta "de que el universo se expandió exponencialmente rápido cuando era pero$10^{-35}$segundo de edad". No creo que eso sugiera que la duración de la inflación fue$10^{-35}\text{ s}$, o que el comienzo de la inflación fue$10^{-35}\text{ s}$después del principio de los tiempos. Parece ser el tiempo correspondiente a una temperatura de$10^{15}\text{ GeV}$en un modelo que está dominado por la radiación de nuevo a$t=0$, o, como usted dice, es el momento hasta que esperaríamos encontrarnos con la singularidad en la cosmología tradicional del big bang.

Dodelson nunca parece hablar del Big Bang como un momento/evento; solo usa la frase para referirse a la nucleosíntesis del Big Bang oa la cosmología FLRW en su conjunto. Creo que es una estrategia bastante común: simplemente no te molestes en definir un tiempo de Big Bang en absoluto.

El físico Vilenkin (muy involucrado en el desarrollo de la teoría de la inflación eterna basada en el campo), en su popular libro de ciencia "Muchos mundos en uno", describe la energía del campo de inflatón como si se liberara en un baño caliente de partículas sobre cada uno de ellos. de su número potencialmente infinito de finales en universos locales (es decir, "burbuja" o "bolsillo"), incluido el que habitamos, donde esa liberación equivale a "el" Big Bang. También se ocupa del problema del tiempo mencionado por John Rennie, al esbozar una diferencia entre el tiempo "cosmológico" y el tiempo dentro de cada uno de los LU, que generalmente se espera que permanezcan causalmente separados entre sí, sin que se haya encontrado evidencia de lo contrario. Todo esto es similar, si no idéntico,

Sin embargo, con respecto a cualquier comienzo (en el tiempo cosmológico) de fenómenos tan básicos como la radiación, la conclusión extraída por un contestador anterior está muy lejos de ser cierta. Vilenkin, Guth y Borde colaboraron en el Teorema BGV: a menudo se interpreta como que requiere un comienzo para cualquier inflación (expansión asintóticamente exponencial) que podría ser eterna en el futuro. Sin embargo, en la última revisión (2003) de su teorema, esos 3 autores incluyeron una nota al pie, en su lista de referencias al final de esa revisión, que especifica que la "inflación eterna de estado estacionario" de Aguirre y Gratton, descrita en https: //arxiv.org/abs/astro-ph/0111191, es compatible con él, a pesar de que la inflación eterna de estado estacionario definitivamente NO requiere un comienzo para el multiverso inflacionario: en esa versión de la inflación, las flechas dobles del tiempo se extienden en direcciones opuestas desde una superficie de Cauchy, y versiones formalmente idénticas del multiverso inflacionario. El teorema BGV se aplica por separado en cada una de esas direcciones temporales.

¿Se define el Big Bang como antes o después de la inflación?

La palabra "definido" hace que esta sea una pregunta sobre una opinión más que sobre un hecho. Siempre trato de ceñirme a los hechos determinados a partir de la evidencia empírica. Pero bueno, haré lo mejor que pueda.

Parece una pregunta bastante simple de responder, ¿verdad? Y si ayer me encontrara con esto, habría dado una respuesta definitiva. Pero he estado leyendo un poco mientras escribía mi tesis y estoy encontrando definiciones contradictorias del Big Bang.

Eso es porque hay confusión en la cosmología.

Todo el mundo está de acuerdo en que, en la cosmología estándar del Big Bang, el Big Bang se define como la singularidad; el momento en el tiempo en que el factor de escala llega a cero.

Muchos cosmólogos podrían estar de acuerdo con eso, pero en mi humilde opinión es ir demasiado lejos decir que todos están de acuerdo con una singularidad. Una singularidad a veces denota un problema, lo que indica que una teoría salió mal. Creo que es posible arrojar algo de luz sobre el universo primitivo pensando en la gravedad, la relatividad y los agujeros negros, y apreciando que no hay una singularidad de punto central en un agujero negro.

Está bien, pero cuando incluyes la teoría de la inflación, se vuelve un poco turbio.

La teoría de la inflación es definitivamente "un poco turbia". No el universo en expansión, la inflación. Me gusta pensar que uno llega a una posición en la que la inflación es una solución a un problema que no existe.

Esto es lo que quiero decir con definiciones contradictorias. Como ejemplo, en The Primordial Density Perturbation de Lythe y Liddle, definen el Big Bang como el comienzo de la era de la gravedad atractiva después de la inflación.

Esa no es una definición que yo usaría. Por cierto, tenga en cuenta que la gravedad siempre es atractiva y que altera el movimiento de la luz y la materia a través del espacio, pero no hace que el espacio se derrumbe. La gran crisis no sucedió cuando el universo era pequeño y denso, y nunca sucederá.

Sin embargo, Modern Cosmology de Dodelson define el Big Bang como algo anterior a la inflación; utiliza efectivamente la antigua definición de que el Big Bang es el momento en que el factor de escala se aproxima a cero.

Creo que eso es mejor, pero no del todo correcto. Es como perder el truco .

Esta contradicción es evidente en múltiples lugares. Al realizar una búsqueda en Google, se pueden encontrar muchas explicaciones persuasivas para ambas definiciones. Todas las definiciones están de acuerdo en que ya no podemos definirlo como la singularidad donde a=0. Pero cada uno tiene sentido a su manera y, por lo tanto, me confundo cada vez más sobre cuál es el correcto cuanto más leo.

Ninguno de ellos es exactamente correcto.

El argumento a favor del Big Bang que viene después es que la teoría inflacionaria diverge de la cosmología estándar del Big Bang alrededor de 10 ⁻³⁰ s.

Olvídalo. No hubo inflación.

antes de esperar encontrarnos con la singularidad

Olvídalo también. No había singularidad.

cuando terminó la inflación, y que no tenemos evidencia de nada que suceda antes de eso, por lo tanto, el big bang ahora se define como las condiciones iniciales para el universo caliente y en expansión que se establecen al final de la inflación.

No hay evidencia de inflación. Pero hay confusión en la cosmología.

El argumento a favor del Big Bang anterior parece ser que la inflación sigue siendo un período en el que el factor de escala crece y, como tal, el Big Bang se puede definir como el valor más cercano a cero (que es anterior a la inflación), o mejor dicho, el más temprano. tiempo a medida que el factor de escala se aproxima a cero. Básicamente, esto parece estar basado en decir "bueno, lo definimos como el momento en que el factor de escala era más pequeño antes de agregar la inflación. ¿Por qué no continuaríamos teniendo eso como definición después de agregar la inflación?"

Los big bangs están asociados con cosas que se hacen más grandes. En mi humilde opinión, no tiene sentido definir el Big Bang como algo que ocurre después de que el universo se hizo mucho más grande rápidamente.

El primer argumento tiene mérito porque define el comienzo de la época en la que el universo es descriptible (prácticamente) por la cosmología estándar del Big Bang. Pero este último argumento tiene mérito por su simplicidad y porque usa el espíritu de la definición original; el factor de escala más pequeño y el momento en que parece comenzar la expansión del universo.

Si no hubiera inflación, las cosas se volverían mucho más simples, ¿no es así?

Por lo tanto, mi pregunta raíz: ¿Qué definición es correcta? ¿Decimos que el Big Bang se produjo antes o después de la inflación?

No computa . No hubo inflación. Sobre esa base, la segunda definición es más correcta, pero no del todo correcta. PD: Noté tu comentario sobre el documental. Si desea consultarme , no dude en enviarme un correo electrónico a myname en btconnect punto com . ¡JAJAJA!

Estoy de acuerdo en que hubo un período de inflación. Sin embargo, todavía no había nada que expandir aparte del espacio-tiempo. El espacio-tiempo no podría haberse expandido a la velocidad de la luz porque los fotones, los portadores de luz, aún no existían. La época de los fotones comenzó después de que la mayoría de los leptones y anti-leptones fueran aniquilados al final de la época de los leptones, unos 10 segundos después del Big Bang. Eso sería una eternidad en comparación con la época de la inflación. La dilatación del tiempo habría sido un factor importante en la tasa de expansión del espacio-tiempo: el tiempo se ralentiza cuando algo se acelera y se detiene a la velocidad de la luz. En el momento cero, el tiempo habría sido infinito y la expansión del espacio-tiempo habría sido cero: no existía nada que pudiera moverse. No podemos saber cuánto tiempo permaneció el Tiempo en ese estado porque no había leyes de la física; cuántico o de otro tipo. Todas las métricas cuánticas se derivan de la velocidad de la luz y la luz aún no existía. La tasa y duración de la inflación depende del marco de referencia. Mirando hacia atrás desde ahora a la época de la inflación, podría parecer que la tasa de inflación superó la velocidad de la luz. Mirando hacia adelante desde el tiempo cero, la expansión del espacio-tiempo durante la época de la inflación podría haber tomado una eternidad. Otra afirmación de la teoría estándar del big bang es que la temperatura durante la época de la inflación superaba los mil millones de grados centígrados. Sin embargo, no hay explicación de la fuente de energía para crear una temperatura tan astronómica. Esto me lleva a creer que la inflación comenzó antes del tiempo cero teórico. Debe haber habido una época que comenzó antes del tiempo uno (posiblemente antes del tiempo cero), cuya conclusión fue el fin de la inflación. Creo que eso requeriría algún tipo de erupción de materia/energía en una existencia cósmica previa. Incluso esta línea de tiempo es pura conjetura porque requeriría una métrica para el tiempo cuántico, que aún no existía.