Alan Guth

El primer paso de Guth para desarrollar su teoría de la inflación ocurrió en Cornell en 1978, cuando asistió a una conferencia de Robert Dicke sobre el problema de la planitud del universo. ^{[ 10 ]} Dicke explicó cómo el problema de la planitud mostraba que algo significativo faltaba en la teoría del Big Bang en ese momento. El destino del universo dependía de su densidad. Si la densidad del universo era lo suficientemente grande, colapsaría en una singularidad , y si la densidad real de la materia en el cosmos era menor que la densidad crítica, el universo se haría cada vez mucho más grande.

El siguiente paso en la trayectoria de Guth se dio cuando escuchó una conferencia de Steven Weinberg a principios de 1979. ^{[ 11 ]} Weinberg habló en dos conferencias sobre la Teoría de la Gran Unificación (TGU), desarrollada desde 1974, y cómo podía explicar la enorme cantidad de materia en el universo en comparación con la cantidad de antimateria. La TGU explicaba todas las fuerzas fundamentales conocidas en la ciencia, excepto la gravedad. Establecía que, en condiciones de muy alta temperatura, como las posteriores al Big Bang, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil se unían para formar una sola fuerza. Weinberg también fue quien enfatizó la idea de que el universo atraviesa transiciones de fase , similares a las fases de la materia, al pasar de alta a baja energía. La explicación de Weinberg sobre por qué la materia es tan dominante sobre la antimateria le mostró a Guth cómo se podían obtener cálculos precisos sobre las partículas estudiando los primeros segundos del universo.

Guth decidió resolver este problema sugiriendo un superenfriamiento durante una transición de fase retardada. Esto parecía muy prometedor para resolver el problema del monopolo magnético . Para cuando Guth y su colaborador Henry Tye concibieron esta idea, Guth llevaba un año en el Centro del Acelerador Lineal de Stanford (SLAC). Tye sugirió que comprobaran que la expansión del universo no se vería afectada por el superenfriamiento. El estado superenfriado es un falso vacío : es un vacío en el sentido de que es el estado de menor densidad de energía posible; es "falso" porque su estado no es permanente. Los falsos vacíos se desintegran, y Guth descubrió que la desintegración del falso vacío al comienzo del universo produciría una expansión exponencial del espacio. Esto resolvió el problema del monopolo , ya que la expansión reduce proporcionalmente la densidad del monopolo.

Guth comprendió, gracias a su teoría, que la razón por la que el universo parece plano es que se ha expandido hasta alcanzar un tamaño descomunal en comparación con su tamaño original. Esta perspectiva es análoga a la aparente planitud de la Tierra, a escala humana, vista desde su superficie. El universo observable era, en realidad, solo una pequeña parte del universo real . La teoría tradicional del Big Bang consideraba desconcertantes los valores de omega cercanos a 1, ya que cualquier desviación de este valor se volvería rápidamente mucho mayor. En la teoría inflacionaria, independientemente del valor inicial de omega, este se aproximaría a 1 debido a la magnitud de la expansión del universo. De hecho, una predicción importante de la teoría inflacionaria es que omega resultará ser precisamente 1.   

Dos semanas después, Guth escuchó a sus colegas hablar sobre el problema del horizonte . La radiación de fondo de microondas, descubierta por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson, parecía extremadamente uniforme, casi sin variación. Esto resultaba paradójico, ya que cuando se liberó la radiación unos 300.000 años después del Big Bang, el universo observable tenía un diámetro de 90  millones de años luz . No había tiempo para que un extremo del cosmos se comunicara con el otro, puesto que la energía no puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. La paradoja se resolvió, como Guth pronto comprendió, gracias a la teoría de la inflación. Dado que la inflación comenzó con una cantidad de materia mucho menor que la que presuponía el Big Bang, una cantidad tan pequeña que todas las partes habrían estado causalmente conectadas entre sí, el universo se infló y la homogeneidad se mantuvo intacta. El universo tras la inflación habría sido uniforme, incluso si sus partes no pudieran afectarse entre sí.

Guth hizo públicas por primera vez sus ideas sobre la inflación en un seminario en SLAC en enero de  1980. Ignoró los monopolos magnéticos porque se basaban en supuestos de la GUT, que estaba fuera del alcance de la presentación. En agosto  de 1980, presentó su artículo, titulado "Universo inflacionario: una posible solución a los problemas del horizonte y la planitud", a la revista Physical Review . ^{[ 12 ]} En este artículo, Guth postuló que la inflación del universo podría explicarse si el universo estuviera superenfriado 28  órdenes de magnitud por debajo de las temperaturas críticas requeridas para un cambio de fase.

En diciembre  de 1981, Guth leyó un artículo del físico moscovita Andrei Linde que afirmaba que todo el universo se encuentra dentro de una única burbuja, por lo que nada se destruye por las colisiones con las paredes. Esta conclusión se obtuvo utilizando un campo de Higgs con un gráfico de energía propuesto originalmente por Sidney Coleman y Erick Weinberg . Guth discutió esto con Linde, quien había estado trabajando de forma independiente en la inflación de burbujas, pero sin considerar el problema de la planitud. Finalmente, Linde y Guth intercambiaron artículos sobre el tema.

En 1983, Guth publicó un artículo que describía cómo su escenario de universo superenfriado no era ideal, ya que el "mecanismo de activación" para salir de dicho estado requeriría un "ajuste extremadamente preciso de los parámetros" y consideró que se necesitaba una solución más natural. ^{[ 1 ] [ 13 ] [ 14 ]} Sin embargo, esto no lo disuadió de la creencia de que el universo se expandió exponencialmente en el vacío en sus primeras etapas. ^{[ 15 ]}