Se a teoria inflacionária da cosmologia for correta, significa que o universo está bem longe daquilo que tínhamos pensado. Provávelmente o universo também é muito mais velho do que nós pensamos, e não inclui apenas um, mas uma infinidade big bangs.

A teoria inflacionária foi desenvolvida para explicar as características observávéis do universo, e tem sido notadamente bem sucedida. Um exemplo é a natureza da radiação de fundo cósmica que os cosmólogos interpretam como a pós-incandescência do calor do próprio big bang.

Os astrônomos fizeram medidas de alta precisão desta radiação, com a extraordinária precisão de cerca de 1/1000 de um por cento, encontrando que ela chega à Terra com a mesma intensidade em todas as direções. Traçando de volta no tempo a história desta radiação, os cosmólogos concluem que a temperatura e a densidade da matéria no universo deveriam ter sido uniformes, nesta mesma precisão, quando a radiação de fundo cósmica foi libertada, há aproximadamente 300.000 anos depois do big bang. Sem inflação, esta uniformidade extrema do universo primitivo pode ser assumida, mas não pode ser explicada. Cálculos mostram que sem inflação não teria havido tempo quase que suficiente para esta uniformidade ocorrer, assim, se é forçado assumir, sem explicação, que o universo era uniforme desde o seu começo.

Apesar do nome, a forma clássica da teoria do Big Bang não é realmente uma teoria de uma explosão por completo. Ela realmente descreve só o resultado da explosão. Ela descreve como o universo primitivo, quente e denso, expandiu-se e esfriou-se; descreve como os elementos químicos leves foram sintetizados durante esta expansão, e como a matéria coagulou para formar galáxias e estrelas. Mas não diz nada sobre o que explodiu, ou o que causou esta explosão, e então, não faz nenhuma predição sobre a uniformidade do universo logo após a explosão.

Por outro lado, a inflação pode explicar a "explosão" do big bang. Ela confia na proposta, originada na moderna física de partículas, que densidades extraordinariamente altas podem conduzir a uma forma de matéria que ligaria a gravidade de ponta-cabeça, fazendo-a tornar-se repulsiva em lugar de atrativa.

Por razões que não são importantes aqui, esta forma de matéria é chamada um "falso vazio". A inflação é a proposta de que a expansão do universo que nós vemos hoje é o resultado da repulsão gravitacional de um falso vazio que encheu o universo durante uma fração pequena de um segundo de sua história inicial.

Na teoria inflacionária, a uniformidade extrema do universo foi estabelecida inicialmente, antes que a inflação começasse. Neste momento a região destinada a se tornar o universo agora observado era minúscula —mais do que um bilhão de vezes menor que o tamanho de um único próton. Para uma tal região pequena, havia tempo mais do que o suficiente para a uniformidade surgir pelo mesmo tipo de processos mundanos pelos quais o ar em um quarto se espalha para encher uniformemente o seu volume. Depois que esta uniformidade foi estabelecida, a inflação passou a esticar a região para ficar grande o bastante e incluir todas as estrelas e galáxias que nós vemos hoje.

A inflação não só explica a uniformidade que vemos na radiação de fundo cósmica, mas também explica as propriedades estatísticas da não-uniformidade muito tímida que foi observada com instrumentos tão sensíveis que podem medir variações minuciosas de menos que 1/1000 de um por cento.

Enquanto a inflação deve ser testada e deve ser julgada em base do que diz sobre características observávéis do universo, a curiosidade nos leva a perguntar o que a inflação diz sobre o universo como um todo. A resposta é estranha.

A repulsão gravitacional do falso vazio, que se acredita ter dirigido a inflação, é tão forte que teria lançado um período de expansão inacreditavelmente rápido. A região teria dobrado em tamanho em aproximadamente 10^-37  (i.e., um ponto decimal seguido por 36 zeros e depois o 1) segundos. Nos próximos 10^-37  segundos teria dobrado novamente, e teria continuado dobrando a cada 10^-37  segundos enquanto o falso vazio sobrevivesse. Porém, o falso vazio é instável e assim a algum ponto se "deteriorou", convertendo sua energia a uma sopa quente de partículas ordinárias. Deste ponto em diante o enredo coincidiria com o quadro padrão do hot big bang. Porém, a expansão dramática sugere fortemente que o universo fosse muito maior do que qualquer um que tivesse sido por outro lado imaginado, assim a parte observada do universo somente seria uma pinta em um espaço muito maior.

Mas a história inteira é muito mais complicada. O falso vazio é instável, mas na maioria das versões da teoria decai como uma substância radioativa, tal como o rádio. O decaimento é descrito por um meia-vida: a metade do falso vazio permanecerá depois de uma meia-vida, um quarto permanecerá depois de duas meia-vida, etc. Porém, diferentemente de um material radioativo, o falso vazio se expandiria enquanto decaísse, e a expansão seria mais rápida que o decaimento. Embora só a metade do falso vazio permaneceria depois de uma meia-vida, ele seria maior que a região inicial. O falso vazio nunca desapareceria, mas ao invés disso continuaria aumentando indefinidamente em volume. Pedaços da região de falso vazio se deteriorariam randomicamente, produzindo novos universos de "bolhas" a uma taxa sempre crescente. Nosso universo seria apenas um dos universos nesta árvore infinita de bolhas.

O diagrama nesta página mostra um quadro simplificado de como a evolução trabalharia. A barra de topo ilustra uma região de falso vazio. A segunda barra mostra depois a mesma região com meio-tamanho. Eu assumi para ilustração que ele tem aumentado por um fator de 4, mas o fator real poderia ter sido muito maior. A segunda barra mostra uma região de falso vazio que decaiu, produzindo um universo de bolha, e duas regiões que permanecem falso vazio. Cada uma destas duas regiões restantes de falso vazio é tão grande quanto a região original. A terceira barra mostra a região depois de outra meia-vida decorrer, com mais dois universos bolhas formados da região de falso vazio da segunda barra, e quatro regiões de falso vácuo, cada uma tão grande quanto a original. O processo iria sempre assim. As bolhas colidiriam tão raramente que qualquer observador teria não mais que uma probabilidade desprezível de ver qualquer sinal da existência das outras bolhas. No entanto, uma compreensão da árvore infinita de universos parece ser necessária para fazer predições estatísticas sobre as propriedades de nosso próprio universo, que é assumido ser um "ramo" típico da árvore.

Estudando um enredo como este, os cosmólogos assumem geralmente que as leis de físicas são as mesmas ao longo deste universo de multi-bolha. Nós realmente não temos qualquer meio de saber, mas nossa meta é entender as conseqüências das leis físicas quando os conhecermos, e não especular à toa sobre outros mundos místicos. No entanto, há uma possibilidade de que as outras bolhas pudessem ser muito diferentes da nossa própria. Enquanto o espaço vazio parece ser destituído de propriedades, para um físico de partículas moderno, o espaço vazio, também chamado vácuo, é uma substância enormemente complicada. Pares de partícula-antipartícula estão incessantemente aparecendo e desaparecendo, e o espaço por si só é acredita-se que se quebra numa, pobremente entendida, "espuma quântica", quando ampliado o bastante de forma que distâncias tão curtas quanto 10-33 centímetros ficam visíveis. Por causa desta complexidade, não sabem os físicos se somente um tipo de espaço vazio é estável, ou se há muitos outros tipos. Outros tipos de espaço poderiam não ser tridimensionais, e eles poderiam alterar as massas das partículas elementares, ou as forças que governam os seus comportamentos. Se houverem muitos tipos de espaço, a árvore infinita de universos de bolha provaria todas as possibilidades.