t < 10-43 s , T > 1032 K
ERA DE PLANCK
• unificação das 4 forças fundamentais gravitaçãoeletromagnéticafortefraca
em t < tPLANCK (10-43 s)
wavefunction
• supergravidade ou gravitação quântica
Universo formado pelo “vácuo quântico”
flutuações neste vácuo dão origem àspropriedades físicas do universoobservadas hoje
Vácuo quântico
pares de partículas/anti-partículasvirtuais que estão sendo continuamente criadas e destruídas
(existência provada em laboratório)
Teoria das superstrings (cordas cósmicas)
• tentativa da unificação das forças fundamentais
durante a era de Planck : espaço-tempo de 10 dimensões 9 espaciais e 1 temporal
Final da era de Planck: 4 dimensões (outras estão compactadas)
Resultado = corda fundamental: • comprimento = comprimento de Planck (10-33 cm)• padrões vibracionais diferentes massas e cargas
t = 10-43, T= 1032 K
ERA DOS GUTs
10-33 cm
• Forças eletromagnética, forte e fraca unificadas• Separação da gravitação
Primeiros momentos da era dos GUTs:
espaço-tempo 4D distorcido por condições extremas de densidade e temperatura
condições hostis paraestruturas que não estão“protegidas” por um horizonte de eventos
buracos negros são as únicasunidades intactas
buracos negros origem a partículas elementares
radiação de Hawking
buracos negros com rS átomo (rS=raio de Schwarzschild)
campo gravitacional aoredor do BN
produção de parespartícula/antipartícula
par formado fora do horizonte de eventos
BN perde massa
BN primordiais tendem a “decair” com o tempo ...
t = 10-35
separação entre a força forte e eletrofraca
ERA DA INFLAÇÃO
formação dos quarks e leptons
INFLAÇÃO
Modelo do Big-Bang = modelo cosmológico padrão
• expansão• espectro da radiação cósmica de fundo• abundâncias dos elementos leves
Problemas com o modelo cosmológico padrão
• o problema do horizonte
o universo é considerado homogêneo e isotrópico emgrandes escalas
Mas …. os dois limites do universo que observamos não possuemcontato causal entre si
Aliás ...
No começo da era radiativa : R t1/2
Cálculo da distância própria do horizonte de partículas:
p/ k=0 : DP=R(tr) x HP =
tr
trt
rr
tr
r Rdt
cRtRdt
R0
2/10 )(
DP=2ct
considerando no final da era radiativa trec~500 000 anos e o~1, fótons emitidos por dois pontos separados por DP em trad chegam hoje com separação de ~1o
a radiação cósmica de fundo deveria serbem anisotrópica em escalas maiores do que ~ 1o
CBR é isotrópica em escalasque não tinham contato causal entre si em trec
• o problema da curvatura
No modelo padrão pode ter valores entre 0.01 e 5
Se < 0.01 galáxias não seriam formadasSe > 5 universo seria muito jovem (+ jovemdo que a idade das rochas + velhas da Terra)
grupos e aglomerados de galáxias: o~ 0.1-0.3
Medida mais atual o ~ 0.7 é muito próximo de 1...
Estranho … pois =1 é instável geometricamente
valores de nas vizinhanças de 1 rapidamenteevoluiriam para valores de o << ou >> 1.
Se for um poucomenor ou maior que1 nos instantes iniciaisde formação do universo
o deveria ser << 1ou >> 1, respectivamente
o deve ser = 1 !!!
Ou seja deve-se provar no modelo do BB que é exatamente 1…
O MODELO INFLACIONÁRIO
Harvey Guth e modificado por Steinhardt e Linde (1981)
aplicação de idéias provenientes dos GUTs
Vimos que em t tGUT ~ 10-35 s há a separação das forças forte e eletrofraca
kT~ 1015 GeV(de acordo com o modelo padrão)
há uma quebra de simetria neste instante
Quebra de simetria = transição de fase
transições de fase ocorrem nos pontos de unificação dasforças fundamentais desacoplamento de uma das forçascausa uma mudança no universo como um todo
ex.: transição de fase de sólido p/ líquido
• t de Planck: separação da gravitação energia liberada é usada para criar o espaço-tempo 4-D
• em tGUT: massa e espaço-tempo separam-se energia liberada para criar partículas
Em tGUT a transição de fase também leva há um estado meta-estável durante um certo t
VÁCUO FALSO como o super-resfriamento de um líquido...
comportamento do fator de escala no vácuo falso:
23
82.2 RkcR G
onde: = R+ V
GV
8
Se V domina no t= t-tGUT (V >> R):
tGV
VeRRGR2/1)3/8(2
.2
38
expansão exponencial= INFLAÇÃO
campo escalar = campo de Higgs
radiação
vácuo falso
t > t expansão passa a ser descrita de novo pelo modelo padrão
No t:
universo expande 1054 vezes
expansão ocorre a v > c?!
expansão na geometria (E-T)do universo e não da matéria!não há violação da TRG…
Consequências:
expansão normal:todo o universo sempre estariadentro do nosso horizonteagora ou no futuro
Inflação:somente uma pequena partedo BB original está dentro nonosso horizonte
nosso universo
Universo de “bolhas”
Nosso universo visível é uma “bolha” de um universo maior
Outras bolhas não são fisicamente reais, pois estão fora do nossohorizonte (“bolhas teóricas”) não há comunicação entre elas
Após a inflação…
Resolução do problema do horizonte: nosso universo é um pequenopedaço isotrópico de um universo maior
todo o pedaço sempre esteve em contato causal antesda época da inflação e agora
supondo t ~ 65 tGUT R~1028 RGUT
D própria do horizonte:Em tGUT: DP(tGUT)=2ctGUT~10-24 cm
Em t : DP(t)=(R/RGUT)DP(tGUT) ~ 104 cm
Hoje : DP(to)=2cto~ 6000 Mpc, supondo R t1/2 ainda válido p/ radiação
Esta região tinha em t : 2ct0(R/R0) ~ 2ct0(t/t0)1/2 ~ 103 cm
< que DP(t) todo o universo observávelhoje estava dentro do horizonte em t
fim da inflação (vácuo verdadeiro)
Resolução do problema da curvatura: inflação = zoom de uma muito pequena seção do universo (deverá ser localmente plano!)
supondo t ~ 65 tGUT R~1028 RGUT
(K=1/R2) K~1056 KGUT
222 )1( HRkc 2
22
11
cHR
p/ 1
6
*
0220 10~)()(1
100
tt
RRGUT
HRHR
GUT
GUTGUT
)110(1 60
GUT o ~ 1
no modelo inflacionário o universo observável resultante é necessariamnete plano
