el problema del horizonte

EL PROBLEMA DEL HORIZONTE, o problema de la causalidad.

Este es considerado uno de los mayores problemas o quebraderos de cabeza de la cosmología, junto al problema de la planitud del universo.

l problema es en realidad un problema de homogeneidad extrema, y la pregunta es cómo es posible que el universo sea tan homogéneo como es, y en particular cómo es posible que la radiación cósmica de fondo sea tan homogéneae isótropa, sin acudir al azar. La suposición es que todos los puntos del universo primigenio se "sintonizaron" entre sí por medio de la radiación electromagnética que irradiaban las partículas en ese universo primigenio, antes de volverse transparente.
El problema se llama "del horizonte" en relación al "horizonte observable". La cuestión es que para nuestro universo en que medimos una antigüedad de algo menos de 14000 millones de años y observamos galaxias en todas direcciones a unos 13500 millones de años luz, la distancia entre dos de esas galaxias en extremos opuestos de nuestro horizonte observable estarían una respecto la otra a 27000 años luz, fuera de su horizonte observable, es decir no se podrían ver la una a la otra pues la luz tardaría más en llegar de una a otra que la propia vida del universo hasta ahora. Igual que la luz, toda radiación electromagnética. No estarían conectadas causalmente.

Esto es un problema según el ritmo que tengamos de expansión del universo, sobre todo en el modelo de expansión inercial, o modelo del Big Bang clásico (modelo cosmológico de Einstein- De Sitter, de expansión desacelerada por la gravedad), pues se deduce que en el pasado no habrían estado conectados causalmente esos puntos y no tiene sentido que tengan las mismas caraterísticas.

El modelo de la "Inflación cósmica" (o de la teoría inflacionaria) propuesta por Guth y Adrei Linde, trata de resolver el problema suponiendo que al principio todo el universo estaba conectado "causalmente", y que entonces fue cuando las propiedades del universo se nivelaron e igualaron (época de la gran unificación). Entonces se produjo la rápida "inflación" (a los 10−36 segundos tras el big bang) o expansión veloz del espacio, a velocidades superlumínicas incluso, producida tal vez por una supuesta presión de unas supuestas partículas espaciales (inflatones) o una constante cosmológica anormalmente elevada, frenándose luego el ritmo de expansión y casi "congelando" al universo en esa situación de homogeneidad que observamos ahora. La velocidad de expansión sería tan alta que los objetos se alejarían tanto y tan rápido que saldrían de nuestro "horizonte observable" después de haber sido homogeneizadas, y por eso luego al transcurrir el tiempo y volver a entrar estos objetos y regiones del espacio de nuevo en nuestro universo observable los vemos con las mismas características y misma radiación de fondo.

Evolucion del universo, modelo inflacionario

Pero en el modelo clásico del Big Bang, esa expansión inicial sería a un ritmo menor, simplemente inercial, de modo que con el tiempo transcurriendo y por lo tanto el universo observable ampliándose, las nuevas porciones de universo que aparecerían ante nuestros ojos no tendrían porque tener las mismas características que las cercanas a nosotros. Hay cálculos que indican que las radiaciones "informativas" e igualadoras tendrían que haber viajado incluso a 400 veces la velocidad de la luz para obtener la homogeneidad actual (ésta es otra hipótesis explicativa, la de la velocidad de la luz variable, mayor en tiempos remotos, Bekenstein y Joao Mägueijo).

Uno de ellos es el modelo de expansión lineal, es decir expansión a ritmo constante, en el cual siempre se puede encontrar un tiempo pasado en el que dos galaxias estén lo suficientemente cerca como para haberse comunicado entre si en el tiempo que transcurre entre el Big Bang y ese instante.

Por otro lado, si consideramos el caso de un universo no abierto ni infinito, es decir, en un universo cerrado y finito, como el volumen de una hiperesfera, al ser de tamaño pequeño en sus momento iniciales, no había ningún problema de conectividad electromagnética entre todos sus puntos ni por lo tanto problemas de causalidad. El universo sería uniforme porque tuvo tiempo para transmitir y comunicar entre todos sus puntos al estar todos muy cercanos unos de otros en esos instantes iniciales. Al menos si se da el caso de un ritmo de expansión inicial del universo no muy rápido.

Otro modelo cosmológico que resuelve el problema del horizonte es el del universo oscilante o cíclico [arXiv:astro-ph/0612243v1], en el que los Big Bang y Big Crunch se suceden cíclicamente. En este caso, si no vivimos en el primer Big Bang, el Big Crunch anterior pudo imprimir la uniformidad observada a todo el universo actual.