jueves, 6 de diciembre de 2012

Notas sobre "La naturaleza del espacio y tiempo" de Stephen Hawking y Roger Penrose. Part.I


Prólogo
Continuación debate Einstein (Penrose) y Bohr (Hawking). Einstein se negaba a aceptar que la teoría cuántica era una teoría definitiva. Discusión por la gravedad cuántica.

Cáp.1: La teoría clásica (S. Hawk)
Adopta el punto de vista positivista: una teoría física es solamente un modelo matemático y no tiene sentido preguntarse si se corresponde o no con la realidad. Penrose platónico
Espacio continuo
La teoría de cuerdas no hecho ninguna predicción verificable
Predicciones de la teoría de Hawking: perturbaciones en las fluctuaciones en el fondo de microondas; agujeros negros radiación térmica.
Gravedad: diferente a la teoría de campos. Causa de que el espacio-tiempo tenga un comienzo y un final. Entropía gravitacional intrínseca. Es distinta porque conforma la arena en la que actúa, a diferencia de otros campos que actúan en un fondo espacio-temporal fijo.
Singularidad espacio-tiempo: una región en la que la curvatura se hace ilimitadamente grande.  Podríamos dejar fuero estos puntos singulares y que la variedad remanente era la totalidad del espacio-tiempo (suavidad). Consecuencia de una singularidad: puede haber partículas cuya historia tiene un comienzo o un fin en un tiempo finito. Existen singularidades.
Se dan por colapsos gravitatorios de objetos masivos: final del tiempo para partículas. Otra situación se dan por el big bang. Así la teoría de relatividad clásica no es una teoría completa. Entonces hay que apelar a la gravedad cuántica. Las singularidades a futuro tiene censura cósmica (la naturaleza aborrece las singularidades desnudas): Ocurren en lugares como agujeros negros que quedan ocultos para los observadores externos. La ruptura de predecibilidad que ocurre aquí no afecta a lo que sucede en el mundo exterior (según la teoría clásica)
La gravedad tiene una magnitud que se comporta como la entropía (entropía intrínseca gravitacional). El horizonte de sucesos de un agujero negro nunca puede decrecer. Si dos agujeros chocan y se fusión el área del agujero final será mayor que la suma de las áreas de los agujeros negros originales. à se parece mucho al comportamiento de la entropía: La entropía nunca puede disminuir y la entropía de un sistema total es mayor que la suma de sus partes constituyentes. La intensidad de la gravedad (gravedad superficial del horizonte de sucesos) es la misma en cualquier punto del horizonte, independientemente del tiempo; similar la entropía es la misma en cualquier punto de un sistema en equilibrio térmico.
Los agujeros negros emiten radiación, entonces si tienen realmente una entropía gravitacional intrínseca. La gravedad introduce un nivel extra de impredecibilidad además de la incertidumbre asociada a la teoría cuántica.
“Los dados que lanza Dios pueden ser arrojados en lugares donde no pueden ser vistos”.

Cáp.2: La estructura de las singularidades espacio-temporales (R.Pen)
Cuál es la naturaleza geométrica de una singularidad espacio-temporal.
Las singularidades desnudas no ocurren por la censura cósmica.
Horizonte de sucesos: superficie cuyos suceso interiores no pueden enviar señales hasta el infinito.
Censura: Uno no puede ver la misma singularidad desde afuera. Entonces hay cierta región que no puede enviar señales al infinito exterior. Frontera: horizonte de sucesos.
Un punto singular no puede simplemente aparecer en medio de un espacio-tiempo de tal manera que sea visible en algún punto finito.
La censura cósmica parece ser violada por la gravedad cuántica.
Parece haber una relación intrínseca entre las singularidades y la naturaleza del infinito. Si hay constante cosmológica, hay violación a la censura cósmica. Si la constante es igual a cero, hay censura cósmica.
Los dos tipos de singularidad satisfagan leyes completamente diferentes. El big bang es distinto a los agujeros negros   (por la curvatura de su espacio)
¿La gravedad cuántica elimina las singularidades? Si fuera así, el big bang hubiera resultado de una fase colapsante previa. ¿Cómo hubiera tenido tal fase un nivel de entropía tan bajo)  Además que las singularidades de colapso y expansión tendrían que ser empalmadas de algún modo, pero parecen tener geometrías muy diferentes.
Una teoría verdadera de gravedad cuántica debería reemplazar nuestro concepto actual de espacio-tiempo en una singularidad (no debería ser simplemente un espacio-tiempo no singular, sino algo drásticamente diferente)

Cáp.3: Agujeros negros cuánticos. (S. Hawk)
Agujeros negros: nueva clase de impredicibilidad. Pierden información procedente de nuestra región del universo.  Controvertido: muchos dicen que no se puede perder información sobre el estado cuántico de un sistema.
Susskind demostró que no se pierde tal información, Hawking cedío.
Se pierde una gran cantidad de información cuando un cuerpo colapsa para formar un agujero negro. Se podría decir que toda la información sobre el cuerpo colapsante seguía dentro del agujero negro, el observador podía ver de qué estaba hecho (teoría clásica). Con la cuántica cambio todo: Llevará un número determinado de fotones (insuficientes para toda la información). Hace que los agujeros irradien y pierdan masa, parece que pueden desaparecer por completo llevándose la información que está supuestamente adentro.
En tiempo imaginario, espacio-tiempo periódico.
La gravedad permite diferentes topologías para la variedad espacio-temporal . Se tiene entropía gravitacional intrínseca y pérdida de información cuando la topología del espacio-tiempo es diferente a la del espacio minkowskiano plano.
Agujeros negros microscópicos, que surgen por la fluctuación cuántica, también perderían información. Así no hay evolución unitaria a través de la sucesión de estados cuánticos puros.  El estado final será un estado cuántico mezcla: un conjunto de estados cuánticos puros diferentes, cada uno de ellos con su propia probabilidad. Pero puesto que no está con certeza en ninguno de estos estados, uno no puede reducir la probabilidad final a cero mediante interferencia con algún estado cuántico. Así hay impredicibilidad. 

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