La inflación cósmica y la entropía del universo están profundamente relacionadas dentro del marco de la cosmología moderna. La inflación es una fase de expansión extremadamente rápida que ocurrió en los primeros 10^–36 a 10^–33 segundos después del Big Bang. Durante este periodo, el universo creció exponencialmente, aumentando su tamaño en un factor enorme en una fracción de segundo.

Inflación y Entropía

Uno de los aspectos clave de la inflación es su papel en la producción de entropía. Antes de la inflación, el universo podría haber estado en un estado de baja entropía, pero al expandirse de manera exponencial, estiró las fluctuaciones cuánticas primordiales, suavizando la distribución de energía y homogeneizando el cosmos a grandes escalas. Sin embargo, esta homogeneización es paradójica, porque típicamente un sistema con más entropía es más desordenado, mientras que la inflación parece haber hecho al universo más ordenado.

La clave está en el mecanismo de recalentamiento posterior a la inflación. Durante la inflación, la energía del vacío dominó la dinámica del universo. Pero cuando la inflación terminó, esa energía se convirtió en radiación y partículas en un proceso altamente caótico que aumentó la entropía del universo drásticamente. Esta inyección de entropía es crucial para explicar por qué el universo primitivo estaba en un estado de alta temperatura y densidad tras la inflación, listo para entrar en la era del plasma primordial y la nucleosíntesis.

La Paradoja de la Baja Entropía Inicial

Un problema profundo en cosmología es entender por qué el universo comenzó con una entropía tan baja en comparación con lo que predice la termodinámica clásica. Roger Penrose ha argumentado que esto tiene que ver con la configuración del espacio-tiempo: en el Big Bang, la entropía gravitacional era baja porque el universo estaba en un estado altamente homogéneo, en lugar de colapsar en una maraña de agujeros negros. La inflación ayuda a resolver este enigma al expandir y suavizar las irregularidades, lo que previene la formación temprana de estructuras gravitacionales desordenadas.

Entropía y Evolución del Universo

Hoy en día, el universo está en un estado de entropía creciente, dominado por la formación de estructuras a nivel local (como galaxias y cúmulos), pero también por la expansión acelerada debida a la energía oscura, que eventualmente llevará a un futuro de máxima entropía donde todo se dispersará hasta alcanzar el equilibrio térmico final.

En resumen, la inflación cósmica permitió establecer un universo con una entropía inicial baja en términos gravitacionales, pero con un incremento posterior debido al recalentamiento. Sin la inflación, la estructura actual del cosmos, incluyendo la radiación de fondo de microondas y la distribución de galaxias, sería inexplicable…