Friday, April 28, 2017

Tuesday, Apr 4th
Parampreet Singh, LSU
Title: Transition times through the black hole bounce 
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por Gaurav Khanna, Universidad de Massachusetts Dartmouth


La cosmología cuántica de lazos (LQC en ingles) es una aplicación de la teoría de gravedad cuántica de lazos en el contexto de espacio-tiempos con un alto grado de simetría (por ejemplo homogeneidad e isotropía). Uno de los éxitos principales de LQC es la resolución de las “singularidades” que aparecen genéricamente en la teoría clásica. Un ejemplo de ello es la singularidad de la “gran explosión” (“big bang” en ingles) que causa un completo fracaso de la relatividad general (GR en ingles) en universo muy temprano. Modelos estudiados en el contexto de LQC reemplazan esta “gran explosión” con un “gran rebote” y no sufren de un fallo singular como la teoría clásica.

Es entonces natural considerar el aplicar técnicas similares al interior de los agujeros negros; después de todo, estas soluciones de la GR también están plagadas por una singularidad central. Adicionalmente, es plausible que un modelo de LQC pueda echar luz sobre algunos problemas de larga data en la física de agujeros negros, como por ejemplo la pérdida de información, la evaporación de Hawking, las “paredes de fuego” (firewalls en ingles), etc.

Si uno se restringe a modelos sólo del interior de los agujeros negros de Schwarzschild, el espacio-tiempo puede ser considerado una cosmología homogénea y anisótropa (el espacio-tiempo de Kantowski-Sachs). Esto permite el uso de técnicas de LQC en el caso del agujero negro. De hecho una buena cantidad de estudios han sido hechos en esta dirección por Ashtekar, Bojowald, Modesto y varios otros por más de una década. Mientras que estos modelos pueden resolver la singularidad central de los agujeros negros e incluyen importantes mejoras sobre versiones previas, siguen teniendo una serie de problemas.

Recientemente, Singh y Corichi (2016) propusieron un nuevo modelo de LQC para el interior de agujeros negros que intenta atender estos problemas. En esta plática, Singh describe parte de la fenomenología resultante que emerge del modelo mejorado.

El principal énfasis de la plática fue en las siguientes cuestiones:
 1)   ¿Es el “rebote” en el contexto de un modelo de LQC de agujeros negros, es decir la transición de un agujero negro a una agujero blanco, simétrico? Modelos isotrópicos y homogéneos de LQC en general han exhibido rebotes simétricos. Pero no se espera que eso ocurra en modelos más generales.2) ¿Juega la gravedad cuántica un rol solo una vez durante el rebote?3) ¿Qué afirmaciones cuantitativas pueden hacerse acerca de las escalas de tiempo de este proceso; y cuáles son las implicaciones de estos detalles?4) ¿Exhiben todos los agujeros negros, independientemente de su tamaño, las mismas características? 
Basado en cálculos numéricos detallados que Singh repasó en su presentación, el nota las siguientes propiedades del modelo:

1) El rebote es realmente no simétrico; por ejemplo los tamaños del agujero negro progenitor y el agujero blanco resultante son vastamente distintos. Otros detalls de esta asimetría se discuten más abajo.
2) Dos distintos regímenes cuánticos aparecen en este modelo, con escalas de tiempos asociadas muy distintas. 3) En términos del tiempo propio de un observador, el tiempo pasado en la geometría de agujero blanco es mucho más grande que el pasado en el agujero negro. En particular el tiempo para un observador para llegar al horizonte del agujero blanco es muy grande. Esto también implica que la formación del interior del agujero blanco emerge mucho más rápido que la formación del horizonte. 4) La relación entre el tiempo de rebote con la masa del agujero negro depende de si el agujero negro es grande o pequeño. 
Sobre potenciales implicaciones de tales detalles sobre las importantes preguntas abiertas de la física de agujeros negros, Singh especula:

1) Para agujeros negros grandes, el tiempo para formar un (horizonte de) agujero blanco es mucho mas grande que el tiempo de evaporación de Hawking. Esto puede sugerir que para un observador externo,
 el agujero negro desaparecería mucho antes de que se formara el agujero blanco.2) Para agujeros negros pequeños, el tiempo para formar un agujero blanco es menor que el tiempo de Hawking, es decir agujeros negros pequeños explotan antes de evaporarse.
Esto podría tener implicaciones interesantes para varios paradigmas propuestos para la evaporación de agujeros negros. Dado lo concreto de los resultados que Singh presenta, es probable que sean relevantes a los varios estudios fenomenológicos de transiciones de agujero negro a blanco incluyendo las estrellas de Planck.

Las limitaciones principales de los resultados de Singh son: (1) el modelo considerado ignora el exterior del agujero negro completamente; y (2) las conclusiones dependen de dinámicas efectivas, no las evoluciones cuánticas completas. Es posible que esto sea solucionado en trabajo futuro.