Colapso a agujero negro y rebote en gravedad cuántica de lazos efectiva

 Tuesday, November 24th

Edward Wilson-Ewing, University of New Brunswick

Black hole collapse and bounce in effective loop quantum gravity
PDF of the talk (300k) 
Audio+Slides of the talk (640M)
SRT (Subtitles) of the talk (150K)

Por Jorge Pullin, LSU 

Las estrellas son esferas de fluido que tratan de contraerse a través de su propia atracción gravitatoria, pero son impedidas de hacerlo a través de la combustión de combustible nuclear, que también las hace brillar. Cuando el combustible se acaba comienzan a contraerse. Dependiendo de los detalles, la contracción puede volverse incontrolable, creando un objeto tan denso que la gravedad del mismo es tan intensa que ni la luz puede escaparse del mismo. Esto es lo que se conoce como agujero negro. La materia continúa contrayéndose dentro del agujero negro y eventualmente se vuelve muy concentrada. En la Relatividad General clásica, esto lleva a la llamada "singularidad", un punto cuya densidad es infinita. Se espera que la gravedad cuántica eliminará dichas singularidades, reemplazándolas por una región altamente cuántica de gran curvatura.

La Gravedad Cuántica de Lazos ha llevado a escenarios de dicha naturaleza. Este tipo de investigaciones se llevan a cabo restringiendo fuertemente los grados de libertad del problema antes de cuantizar, lo que hace la cuantización posible. En este seminario se discutió una de dichas propuestas. El congelamiento particular de grados de libertad requiere elegir ciertos sistemas de coordenadas que simplifican las ecuaciones. Esto permite tratar el problema incluyendo la presencia de materia. Esto a su vez abre la posibilidad de estudiar cómo la materia colapsa y forma el agujero negro, y entonces, dado que nada se vuelve singular, la materia explota formando un "agujero blanco", el reverso temporal de un agujero negro. Esto abre la posibilidad de entender el destino último de un agujero negro y qué pasa con la información que cae en un agujero negro, ¿se pierde o se recupera? Investigaciones futuras echaran luz sobre este punto.

Gravedad cuántica en la esquina

 Tuesday, October 27th

Marc Geiller, ENS Lyon

Quantum gravity at the corner 
PDFof the talk (1M)
Audio+Slidesof the talk (370M)
SRT (Subtitles)of the talk (150K)

Por Jorge Pullin, LSU

Muchas teorías físicas se describen en términos de más variables de las que son necesarias. Esto incluye teorías de campo como la Relatividad General. Para una analogía considérese un péndulo. Podemos describirlo dando las coordenadas x,y de la masa que cuelga, pese a que sabemos que todo está caracterizado por el ángulo que el alambre del péndulo forma con la vertical. Cuando uno tiene variables extra pueden existir muchos conjuntos de valores de estas mismas que corresponden a la misma situación física. En el péndulo x=1, y=1 y x=2, y=2, ambas corresponden a tener el alambre a 45 grados. Así que se dice que estas teorías tienen simetrías en el sentido de que varias configuraciones matemáticas corresponden a la misma configuración física. Estas son simetrías matemáticas, no físicas. Sin embargo, si uno considera regiones delimitadas del espacio-tiempo esas simetrías matemáticas se traducen en simetrías físicas y en cantidades conservadas. Por ejemplo, la carga eléctrica. Para definirla uno necesita una región delimitada que contiene a la carga.

Mas recientemente el concepto ha emergido en física de que uno puede describir lo que está pasando en una región del espacio-tiempo describiendo lo que pasa en la frontera de dicha región. Un ejemplo de esto es la conjetura AdS/CFT, también conocida como de conjetura de Maldacena en Teoría de Cuerdas. Esto se aplica a un tipo específico de espacio-tiempo conocido como anti de Sitter (AdS) y dice que la descripción de la gravedad en el espacio-tiempo es equivalente a un tipo especial de teoría de campo llamado teoría de campo conforme (CFT por sus siglas en inglés) que vive en la frontera del espacio-tiempo. Esta propiedad de codificar la información de un espacio-tiempo en su frontera es conocida como “holografía” por analogía con el fenómeno óptico en el que imágenes tridimensionales son capturadas en una fotografía bidimensional.

Este seminario fue acerca de estudiar regiones delimitadas del espacio-tiempo, mas precisamente regiones de una feta espacial del espacio-tiempo, donde la frontera es bidimensional y se conoce como “esquina” en matemática. Se exploró cuál es el conjunto más general de simetrías que uno puede formular y sus implicaciones en las esquinas. Se observó que ciertas propiedades de la Gravedad Cuántica de Lazos, como la cuantización de las áreas, aparece naturalmente en este contexto. Esta manera de ver las cosas abre un nuevo enfoque a la Gravedad Cuántica de Lazos y puede ofrecer conexiones con las ideas de holografía de la Teoría de Cuerdas.

Me beneficié de discusiones con Ivan Agulló durante la preparación de este texto.

Espumas de espín efectivas y el problema de la planitud

 Tuesday, September 29th

Hal Haggard, Bard College

Effective Spin Foams & the Flatness Problem
PDF of the talk (10M)
Audio+Slides of the talk (360M)
SRT (Subtitles) of the talk (70K)

por Jorge Pullin, LSU

El enfoque de espumas de espín a la gravedad cuántica emerge de la Gravedad Cuántica de Lazos y de tratar al espacio-tiempo como un todo. Inicialmente, la Gravedad Cuántica de Lazos fue formulada como lo que se conoce como el “enfoque canónico”, en el que el espacio-tiempo es tratado como un conjunto de espacios que evolucionan. El espacio esta representado por estados cuánticos conocidos como redes de espín. Estas son redes de líneas con intersecciones y con números asociados a las líneas. Si uno puede imaginarse unas de estas redes espaciales barriendo en el tiempo, el resultado parece una espuma, de ahí el nombre de espumas de espín. Cómo evolucionan las redes de espín mientras barren hacia delante en el tiempo determina la dinámica de la teoría, algo que se conoce como “el vértice” debido a que involucra la creación de nuevas intersecciones en las redes de espín. A lo largo del tiempo ha habido varias propuestas para dichos vértices, tratando de capturar lo mejor posible la dinámica cuántica de la Relatividad General.

El Cálculo de Regge es un enfoque de la Relatividad General clásica. En el mismo, los espacio-tiempos se aproximan por secciones planas, más o menos como un domo geodésico aproxima una esfera a través de sus secciones planas. Tiene la ventaja de que recorta el número infinito de grados de libertad de una teoría de campos como la Relatividad General a un número finito. Debido a esto se puede usar para tratar la teoría numéricamente.

Este seminario uso el enfoque del Cálculo de Regge para definir un nuevo “vértice” para las redes de espín. Hereda la conveniencia del cálculo de Regge como herramienta computacional. Se han realizado varios experimentos numéricos con éxito y hay propuestas para varios más en el futuro.

Ondas gravitacionales con una constante cosmologica

 Tuesday, September 1st

Maciej Kolanowski, Warsaw University

Lost in translation -- energy in the de Sitter universe
PDF of the talk (800K)
Audio+Slides of the talk (2600M)
SRT (Subtitles) of the talk (70K)

Por Jorge Pullin, LSU

Normalmente, uno imagina al espacio-tiempo como el espacio con una dimensión extra. Pero el tiempo tiene una naturaleza especial. Esto le da al espacio-tiempo propiedades únicas que el espacio ordinario tridimensional no tiene. Una de ellas es la naturaleza del infinito. En el espacio-tiempo existe más de un infinito. Objetos que viajan a velocidades menores a las de la luz (como los seres humanos) terminan su vida en un cierto infinito, mientras que objetos que viajan a la velocidad de la luz, como ondas electromagnéticas o gravitacionales terminan en un infinito distinto, conocido como infinito nulo.

El infinito es importante porque es el punto donde las discusiones sobre energía en física gravitacional tienen significancia. Poniéndose en el infinito uno puede incluir toda la energía involucrada en el universo. Las discusiones sobre energía son importantes, por ejemplo en el contexto de ondas gravitacionales. Sabemos que los sistemas binarios en astronomía emiten ondas gravitacionales que se llevan energía al infinito y eso determina que las órbitas de los sistemas llevan a cabo una trayectoria en espiral entrante y eventualmente se fusionan. Esto ha sido verificado dramáticamente en los últimos años con el descubrimiento de las ondas gravitacionales por detectores interferométricos como los del proyecto LIGO.

La discusión del infinito en el espacio-tiempo cambia cuando uno tiene una constante cosmológica presente. Esto es importante porque las mejores mediciones que tenemos actualmente indican que vivimos en un universo con una constante cosmológica. Esto requiere revisar las definiciones de energía y cantidades conservadas en el espacio-tiempo. Este seminario trató este punto. Presento nuevas definiciones para la energía emitida y las comparó con las presentes en la literatura.

Aliviando tensiones en el fondo de microondas cósmico usando cosmología cuántica de lazos

Tuesday, Feb. 18th.
Brajesh Gupt/Abhay Ashtekar, TACC/PSU

Title: Alleviating tensions in the CMB using LQC.
PDF of the talk (7M)
Audio+Slides of the talk (230M)
SRT (Subtitles) of the talk (85K)

Por Jorge Pullin, LSU

El fondo cósmico de microondas es radiación que nos llega desde el Big Bang. Su longitud de onda (temperatura) es increíblemente uniforme. Si uno mira en una dirección en el cielo y luego en otra, la temperatura es igual en una parte en 100,000. Pero las pequeñas diferencias de temperatura entre las microondas que provienen de diferentes direcciones se han medido y no son completamente aleatorias. Si uno mira en una dirección en el cielo y luego considera el anillo de todas las direcciones posibles a un cierto ángulo de distancia del original y uno promedia la temperatura a lo largo del anillo, uno no obtiene cero, como sería el caso si las desviaciones fueran aleatorias. Si se grafica esa desviación en función del ángulo, se obtiene una curva con características claras (Crédito: NASA / equipo WMAP):     

Sorprendentemente, esta curva puede predecirse de manera bastante directa mediante el llamado modelo inflacionario. En él, el universo sufre un período de rápida expansión. Si se considera un campo cuántico que vive en el universo en su estado más simple (el vacío) al comienzo de la inflación y se evoluciona a través de la inflación, el campo desarrollará correlaciones y esas correlaciones son las observadas. En la figura anterior, los puntos  rojos son puntos experimentales obtenidos por el satélite WMAP de la NASA y la curva verde es la predicción de la inflación. El acuerdo es asombroso.   



A pesar del acuerdo, hay algunas anomalías. Si observa la curva para ángulos grandes (a la izquierda del diagrama), los puntos no se alinean tan bien como en el resto. Otra anomalía es la llamada de amplitud de lente. Aparece cuando uno estudia correlaciones más complicadas que la discutida antes. Esa era lo que se llama la función de correlación de "dos puntos" por las dos direcciones en el cielo que se miran. Hay correlaciones más complicadas que involucran tres y cuatro puntos. En el último, las predicciones del escenario de inflación estándar en el modelo cosmológico estándar no cuadran tan bien con las observaciones, aunque las discrepancias son pequeñas.   


La gravedad cuántica de lazos modifica ligeramente las predicciones de inflación. En la gravedad cuántica de lazos, el Big Bang se reemplaza por un "rebote" de un universo anterior. En tal escenario, no hay una buena razón para poner el campo cuántico en su estado más simple al comienzo de la inflación. Sería mucho más natural ponerlo en el rebote o al comienzo del universo anterior. Resulta que las cosas no cambian mucho si uno elige una u otra de esas opciones. Lo importante es que para cuando comienza la inflación, el campo ya no está en el vacío y eso modifica las correlaciones que uno ve en el fondo cósmico de microondas.       

Esta charla argumentó que las diferentes correlaciones que predice la gravedad cuántica de lazos en realidad permiten resolver las dos anomalías que describimos anteriormente. La gravedad cuántica de lazos no es el único modelo que explica las anomalías, pero en comparación con otros, es mucho más limpio porque esencialmente no incluye parámetros libres para ajustar y, por lo tanto, es más notable que esté de acuerdo con la naturaleza que otros modelos con más libertad para ajustar .

Efecto de ambiguedades de cosmologías cuánticas de lazos en el espectro de potencia primordial

Tuesday, Feb. 4th.
Parampreet Singh, LSU

Title: Effect of ambiguities in loop cosmology on primordial power spectrum
PDF of the talk (1M)
Audio+Slides of the talk (260M)
SRT (Subtitles)of the talk (60K)

Por Jorge Pullin, LSU.



La cosmología es el estudio del universo como un todo. El lector podrá preguntar, cómo pueden estudiar el universo, un sistema tan complicado? La respuesta es, muy groseramente. Uno ignora muchos grados de libertad y se concentra en unos pocos. En su versión más simple, el estudio de la cosmología es lo que se conoce como una aproximación de mini superespacio. Uno congela todos los grados de libertad excepto unos pocos. En el caso mas simple, uno se concentra en el tamaño del universo. Dado que es un solo número, las ecuaciones para el mismo se vuelven muy simples.

Sin embargo, nos gustaría estudiar más propiedades del universo. Para esto se usa una técnica conocida como perturbaciones. Uno supone que el universo es lo suficientemente simple como para concentrarse en su tamaño, esto constituirá una solución “de fondo” de la que se consideraran pequeñas desviaciones. Uno puede escribir ecuaciones para las pequeñas desviaciones que son lo suficientemente simples como para ser resueltas. Este enfoque ha llevado a predicciones espectaculares.

Quizá las mas impactantes son las predicciones para las anisotropías del fondo de radiación cósmica de microondas. Este está compuesto por luz que llega a la Tierra después de haber viajado desde el Big Bang. Como durante el viaje el universo se expandió, se “enfrió” (sus longitudes de onda se volvieron mas larga) y esa es la razón por la que la recibimos como microondas. Resulta que si uno mira en dos direcciones del cielo distintas, la “temperatura” (longitud de onda) de las microondas que llegan es exactamente la misma. Coinciden hasta una parte en 100.000. Las pequeñas diferencias no son aleatorias, tienen patrones en su estructura. Y dichos patrones han sido medidos con satélites de microondas. Y coinciden admirablemente bien con las predicciones de la teoría de perturbaciones.

La cosmología cuántica de lazos es la aplicación de las técnicas de la gravedad cuántica de lazos en cosmología. Las cosmologías cuánticas resultantes han sido estudiadas con la inclusión de pequeñas perturbaciones. Los resultados de las predicciones son casi los mismos que los de la teoría clásica, pero con algunas desviaciones que por el momento no resultan observables experimentalmente.

Cuando uno cuantiza teorías, no hay un único procedimiento a seguir. Procedimientos distintos llevan a teorías que tienen pequeñas diferencias, con predicciones distintas. Esta plática se concentro en como dichas diferencias en el tratamiento de la solución “de fondo” impactan en las predicciones de la anisotropía del fondo de microondas cósmico. La conclusión principal es que, a pesar de las ambigüedades en la cuanización, las predicciones resultantes exhiben robustez, aumentando nuestra confianza en su plausibilidad física. Estas predicciones son quizá lo más cercano que tenemos a una verificación experimental de la gravedad cuántica así que es importante que no tengan ambigüedades significativas.