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t 10 32 K ERA DE PLANCK unificação das 4 forças fundamentais gravitação eletromagnética forte fraca em t < t PLANCK (10 -43 s) wave function supergravidade.

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3 t K ERA DE PLANCK unificação das 4 forças fundamentais gravitação eletromagnética forte fraca em t < t PLANCK ( s) wave function supergravidade ou gravitação quântica

4 Universo formado pelo vácuo quântico flutuações neste vácuo dão origem às propriedades físicas do universo observadas hoje Vácuo quântico pares de partículas/anti-partículas virtuais que estão sendo continuamente criadas e destruídas (existência provada em laboratório)

5 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

6 Final da era de Planck: 4 dimensões (outras estão compactadas) Resultado = corda fundamental: comprimento = comprimento de Planck ( cm) padrões vibracionais diferentes massas e cargas

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9 t = , T= K ERA DOS GUTs cm Forças eletromagnética, forte e fraca unificadas Separação da gravitação

10 Primeiros momentos da era dos GUTs: espaço-tempo 4D distorcido por condições extremas de densidade e temperatura condições hostis para estruturas que não estão protegidas por um horizonte de eventos buracos negros são as únicas unidades intactas

11 buracos negros origem a partículas elementares radiação de Hawking buracos negros com r S átomo (r S =raio de Schwarzschild) campo gravitacional ao redor do BN produção de pares partícula/antipartícula par formado fora do horizonte de eventos BN perde massa BN primordiais tendem a decair com o tempo...

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14 t = separação entre a força forte e eletrofraca ERA DA INFLAÇÃO formação dos quarks e leptons

15 INFLAÇÃO Modelo do Big-Bang = modelo cosmológico padrão expansão espectro da radiação cósmica de fundo abundâncias dos elementos leves

16 Problemas com o modelo cosmológico padrão o problema do horizonte o universo é considerado homogêneo e isotrópico em grandes escalas Mas …. os dois limites do universo que observamos não possuem contato causal entre si

17 Aliás... No começo da era radiativa : R t 1/2 Cálculo da distância própria do horizonte de partículas: p/ k=0 : D P =R(t r ) x HP = D P =2ct considerando no final da era radiativa t rec ~ anos e o~1, fótons emitidos por dois pontos separados por D P em t rad chegam hoje com separação de ~1 o a radiação cósmica de fundo deveria ser bem anisotrópica em escalas maiores do que ~ 1 o CBR é isotrópica em escalas que não tinham contato causal entre si em t rec

18 o problema da curvatura No modelo padrão pode ter valores entre 0.01 e 5 Se < 0.01 galáxias não seriam formadas Se > 5 universo seria muito jovem (+ jovem do que a idade das rochas + velhas da Terra) grupos e aglomerados de galáxias: o~

19 Medida mais atual o ~ 0.7 é muito próximo de 1... Estranho … pois =1 é instável geometricamente valores de nas vizinhanças de 1 rapidamente evoluiriam para valores de o > 1.

20 Se for um pouco menor ou maior que 1 nos instantes iniciais de formação do universo o deveria ser << 1 ou >> 1, respectivamente o deve ser = 1 !!! Ou seja deve-se provar no modelo do BB que é exatamente 1…

21 O MODELO INFLACIONÁRIO Harvey Guth e modificado por Steinhardt e Linde (1981) aplicação de idéias provenientes dos GUTs Vimos que em t t GUT ~ s há a separação das forças forte e eletrofraca kT~ GeV (de acordo com o modelo padrão) há uma quebra de simetria neste instante

22 Quebra de simetria = transição de fase transições de fase ocorrem nos pontos de unificação das forças fundamentais desacoplamento de uma das forças causa 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 t GUT : massa e espaço-tempo separam-se energia liberada para criar partículas

23 Em t GUT 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: onde: = R + V Se V domina no t= t -t GUT ( V >> R ): expansão exponencial = INFLAÇÃO campo escalar = campo de Higgs radiação vácuo falso

24 t > t expansão passa a ser descrita de novo pelo modelo padrão No t: universo expande vezes expansão ocorre a v > c?! expansão na geometria (E-T) do universo e não da matéria! não há violação da TRG…

25 Consequências: expansão normal: todo o universo sempre estaria dentro do nosso horizonte agora ou no futuro Inflação: somente uma pequena parte do BB original está dentro no nosso horizonte nosso universo

26 Universo de bolhas Nosso universo visível é uma bolha de um universo maior Outras bolhas não são fisicamente reais, pois estão fora do nosso horizonte (bolhas teóricas) não há comunicação entre elas Após a inflação…

27 Resolução do problema do horizonte: nosso universo é um pequeno pedaço isotrópico de um universo maior todo o pedaço sempre esteve em contato causal antes da época da inflação e agora supondo t ~ 65 t GUT R ~10 28 R GUT D própria do horizonte: Em t GUT: D P (t GUT )=2ct GUT ~ cm Em t : D P (t )=(R /R GUT )D P (t GUT ) ~ 10 4 cm Hoje : D P (t o )=2ct o ~ 6000 Mpc, supondo R t 1/2 ainda válido p/ radiação Esta região tinha em t : 2ct 0 (R /R 0 ) ~ 2ct 0 (t /t 0 ) 1/2 ~ 10 3 cm < que D P (t ) todo o universo observável hoje estava dentro do horizonte em t fim da inflação (vácuo verdadeiro)

28 Resolução do problema da curvatura: inflação = zoom de uma muito pequena seção do universo (deverá ser localmente plano!) supondo t ~ 65 t GUT R ~10 28 R GUT (K=1/R 2 ) K ~10 56 K GUT p/ 1 o ~ 1 no modelo inflacionário o universo observável resultante é necessariamnete plano


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