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

r

r

tr

rR

dtcR

tR

dtR

02/1

0 )(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

VeRRG

R2/1)3/8(2

.2

3

8

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/

radiaçãoEsta 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

1

1

c

HR

p/ 1

6

*

0220 10~)()(1

100

t

t

R

RGUTHRHR

GUT

GUTGUT

)110(1 60

GUT o ~ 1

no modelo inflacionário o universo observável resultante é necessariamnete plano