Podcast CB SyR 291: Venus, Luna, espaciotiempo emergente y cosmología

Por Francisco R. Villatoro, el 30 octubre, 2020. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 6

He participado en el episodio 291 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep291: Venus; Luna; Espacio-Tiempo Emergente; Cosmología”, 29 oct 2020. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Sigue la polémica del fosfano en Venus (min 7:00); El nuevo descubrimiento de agua en la Luna (36:00); El espacio-tiempo emergente del entrelazamiento cuántico (1:00:00); El magnetismo primordial podría resolver el problema de Hubble (2:08:00); Señales de los oyentes (2:30:00). Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso. CB:SyR es una colaboración del Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife con el Área de Investigación y la UC3 del Instituto de Astrofísica de Canarias».

Ir a descargar el episodio 291.

En la foto, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife, su director Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), y por videoconferencia Beatriz Ruiz Granados @cmbearg, José Edelstein, @JoseEdelstein, Alberto Aparici @cienciabrujula, y Francis Villatoro  @emulenews.

El vídeo de YouTube estará disponible completo durante unos días y luego será recortado, pues Coffee Break: Señal y Ruido es un podcast, no un canal de YouTube.

Tras la presentación, Héctor nos habla de la situación actual del artículo sobre la detección de fosfano en Venus. Se ha aceptado un Matters Arising  en la revista Nature Astronomy  que se ha publicado en arXiv  por anticipado (dado que tardará en ser publicado en la revista pues hay que esperar a la réplica de los autores del artículo original, Greaves et al.). En mi opinión, el nuevo análisis no deja ninguna duda (los datos originales de ALMA no habían sido correctamente procesados, lo que falseó el análisis de Greaves et al., que además ya era polémico por su uso de un polinomio de muy alto orden). Por ello titulé mi pieza «Adiós definitivo al fosfano en Venus», LCMF, 28 oct 2020. Por cierto, Villanueva et al. han pedido disculpas por incitar a Greaves et al. ha solicitar la retirada de su propio artículo; sus palabras han generado muchas críticas en las redes sociales, lo que ha provocado que pidan disculpas (al menos en Twitter), luego supongo que cambiarán la escritura de su artículo.

Héctor nos comenta que se ha vuelto a observar agua en la Luna, gracias a SOFIA (telescopio infrarrojo instalado en un avión que vuela en la alta atmósfera). Ya se observó hielo en las laderas de cráteres en sombra permanente y en muchas rocas. Ahora se observa agua en el regolito, pero en una concentración muy pequeña, entre 100 y 400 µg de H₂O por cada gramo de regolito; la figura de mérito es que para obtener un litro de agua se requieren unos 2500 toneladas métricas de regolito (datos de este tuit). Lo más relevante, más allá del hype, es que se ha mostrado que SOFIA puede observar la Luna (se usado la cámara FORCAST, Faint Object infraRed CAmera for the SOFIA Telescope).

SOFIA ha confirmado usando medidas a 6 μm que una observación previa era de agua, en concreto, la observación a 3 μm de agua o de hidróxido. El nuevo artículo, además, apoya la idea de que hay pequeños depósitos de hielo en la superficie de la Luna donde haya sombras permanentes; Alberto comenta que puede haber hielo debajo de rocas, incluso de tamaño centimétrico. El artículo es C. I. Honniball, P. G. Lucey, …, W. M. Farrell, «Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA,» Nature Astronomy (26 Oct 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-020-01222-x; P. O. Hayne, O. Aharonson, N. Schörghofer, «Micro cold traps on the Moon,» Nature Astronomy (26 Oct 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-020-1198-9. Recomiendo leer a Daniel Marín, «Descubierta —otra vez— agua en la Luna (ahora por SOFIA)», Eureka, 26 oct 2020, y Neel V. Patel, «Water on the moon should be more accessible than we thought,» MIT Technology Review, 26 Oct 2020.

A petición de Héctor, nos introduce Alberto la idea de «it from bit» de Wheeler; presentó la idea en 1989 en una conferencia sobre fundamentos filosóficos de la mecánica cuántica y tenía en mente lo que ahora llamamos «it from qubit», pero en aquella época no estaban de moda los cúbits. El artículo es John A. Wheeler, «Information, Physics, Quantum: The Search for Links,» Proc. 3rd Int. Symp. Foundations of Quantum Mechanics, Tokyo, 1989, pp. 354-368 (PDF). Todos comentamos lo que opinamos sobre esta idea de Wheeler, la difícil frontera entre información (en general) e información física (en particular). Yo destaco la conexión entre (pérdida de) información y termodinámica (generación de calor), que subyace la idea de Wheeler.

Nos introduce Alberto la idea de que el espaciotiempo emerja del entrelazamiento de los estados de los objetos cuánticos que se encuentran en el espaciotiempo; la causalidad entre las interacciones entre los objetos se puede codificar como información en redes de tensores; a partir de estas redes emerje el espaciotiempo (aunque estas ideas están aún en fase muy preliminar y no tienen una formulación precisa que permita derivar las ecuaciones de Einstein). El artículo que cita es Brian Swingle, «Spacetime from Entanglement,» Annual Review of Condensed Matter Physics 9: 345-358 (2018), doi: https://doi.org/10.1146/annurev-conmatphys-033117-054219.

Jose nos comenta la conexión entre estas ideas y la correspondencia AdS/CFT, al hilo de la conjetura de Ryu y Takayanagi (2006). Su propuesta es una receta muy simple que relaciona la entropía de entrelazamiento entre una región del espacio AdS y el resto del espacio a partir de la entropía de entralazamiento de ciertos estados de la teoría CFT asociada. Así la entropía de entrelazamiento de la frontera (donde está la teoría CFT) permite reconstruir toda la entropía del interior del espaciotiempo AdS (gracias a la correspondencia de Maldacena). El artículo es Shinsei Ryu, Tadashi Takayanagi, «Aspects of Holographic Entanglement Entropy,» Journal of High Energy Physics 2006: 045 (2006), doi: https://doi.org/10.1088/1126-6708/2006/08/045, arXiv:hep-th/0605073 (06 May 2006).

Alberto nos comenta la idea de un nuevo artículo en Science  del físico teórico Mark Van Raamsdonk que generaliza el «it from bit» a un «it from BC-bit», donde los BC-bits son teorías conformes de campos cuánticos con borde, que se consideran objetos fundamentales y que se pueden entrelazar usando una generalización del entrelazamiento cuántico de estados de una teoría CFT. Así el borde del espacio AdS se parte en una serie de pequeñas regiones con teorías CFT con borde (BCFT), asociadas a cada una de estas regiones, que se denominan BC-bits; el entrelazamiento entre estas teorías BCFT (es decir, entre los llamados para BC-bits). La idea está inspirada en la correspondencia de Maldacena y la fórmula de Ryu–Takayanagi, pero hay muchos detalles que faltan en estas ideas. Queda mucho trabajo por hacer, aún así habrá que hablar de este tema en el futuro porque dará mucho que hablar.

El nuevo artículo es Mark Van Raamsdonk, «Spacetime from bits,» Science 370: 198-202 (09 Oct 2020), doi: https://doi.org/10.1126/science.aay9560, que apareció en arXiv como «Building up spacetime with quantum entanglement II: It from BC-bit,» arXiv:1809.01197 [hep-th] (04 Sep 2018), la segunda parte de Mark Van Raamsdonk, «Building up spacetime with quantum entanglement,» General Relativity and Gravitation 42: 2323-2329 (19 Jun 2010), https://doi.org/10.1007/s10714-010-1034-0, también publicado en International Journal of Modern Physics D 19: 2429-2435 (2010), doi: https://doi.org/10.1142/S0218271810018529arXiv:1005.3035 [hep-th] (17 May 2010).

Nos cuenta Bea un nuevo artículo que alivia la tensión del parámetro de Hubble entre las medidas locales y las cosmológicas; la idea es tener en cuenta los campos magnéticos primordiales para z ∼ 10 000 (recuerda que el fondo cósmico de microcondas se formó en la recombinación alrededor de z ~ 1100). Las inhomogeneidades en los campos magnéticos en el plasma primordial para z ∼ 10 000, con una magnitud de tan solo ∼ 0.07 nG (nanogauss), podrían modificar el fondo cósmico de microondas en las pequeñas escalas. Gracias a esta pequeña modificación se aminora la discrepancia entre las medidas de los parámetros cosmológicos S8 y H0 entre las medidas locales y cosmológicas.

Como cuenta Bea lo bueno de esta propuesta es que no requiere añadir física desconocida (energía oscura o materia oscura). Lo malo es que no sabemos cómo se generan estos campos magnéticos primordiales (que tendrían que tener un origen preinflacionario, debido a física desconocida). Pero como el límite superior (∼ 1 nG) para los campos magnéticos primordiales es mucho mayor que la cantidad necesaria según el nuevo artículo, serán necesario muchos años (quizás décadas) hasta que se pueda descartar esta nueva hipótesis (cuyo gran defecto es la ausencia de origen preinflacionario). El artículo es Karsten Jedamzik, Levon Pogosian, «Relieving the Hubble tension with primordial magnetic fields,» Phys. Rev. Lett. 125: 181302 (28 Oct 2020), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.181302, arXiv:2004.09487 [astro-ph.CO] (20 Apr 2020).

Y llegamos a señales de los oyentes, con las preguntas del chat de YouTube recopiladas amablemente por Bruno Jiménez​.

Cebra​ pregunta «¿todos los campos cuánticos tienen relaciones entre ellos?» Contesto que no, que solo interaccionan (se relacionan) los campos que comparten una carga común (aunque hay que recordar que llamamos carga a la constante de acoplamiento entre campos que interaccionan). Por ejemplo, el campo del neutrino no tiene carga eléctrica luego no interacciona de forma directa con el campo electromagnético (los fotones); aunque puede interaccionar de forma indirecta, pues tiene hipercarga débil e interacciona con los bosones vectoriales débiles que pueden a su vez interaccionar con los fotones.

Will​ pregunta «¿la traducción de QFT no sería teoría de campos cuánticos (en lugar de teoría cuántica de campos)?» Ya contesté en el chat y repito mi respuesta. El nombre en español es un convenio (no una traducción rigurosa del inglés); se usa TCC por Teoría Cuántica de Campos, cuando quizás sería más correcto usar Teoría de Campos Cuánticos. De hecho, comento que la mayoría de estas teorías parten de una teoría clásica del campo (vía un lagrangiano) que se cuantiza para obtener una teoría cuántica de dicho campo; aún así, se conocen algunas teorías cuánticas de campos que no tienen lagrangiano ni tampoco límite clásico, pero son la excepción (ejemplos muy conocidos son los campos de las M2 y M5 branas en Teoría M/Teoría de Cuerdas).

Sergio Llorente pregunta «¿podría haber un agujero negro (micrométrico o milimétrico) en el centro del Sol y/o de la Tierra?» Un agujero negro con un radio de 1 mm tendría una masa del 11 % de la masa de la Tierra, luego es imposible que se encuentre en su núcleo y no lo hayamos detectado; uno con un radio de 1 μm tendría una masa de 0.011 % de la masa de la Tierra, que también creo que podría ser detectado con las medidas sismológicas del interior de la Tierra. Sin embargo, agujeros negros de menor tamaño (en la picoescala con una masa similar a la de una montaña) creo que no se pueden descartar. Aún así, comenta Héctor que lo complicado es que un microagujero negro tan pequeño acabe en el centro de un planeta o de una estrella, algo muy improbable.

¡Qué disfrutes del podcast!



6 Comentarios

  1. En los últimos años arxiv se ha llenado de artículos teóricos sobre la naturaleza fundamental del espacio-tiempo como el de Raamsdonk que habeis tratado en el podcast. Estos artículos forman un «enjambre» de ideas demasiado inconexo y desordenado basado en conceptos como holografía, ER=EPR, worm-holes, entropía de entrelazamiento, AdS-CFT, it from Qbit, etc. Había una necesidad imperiosa de un trabajo que conectara y ordenara estas ideas o al menos que recopilara los trabajos relevantes y los explicara de una forma más «digerible». Por fin, creo que ese trabajo ha llegado (algo bueno tenía que salir del 2020). Para los amantes de este apasionante tema recomiendo encarecidamente la lectura de este artículo de quanta magazine: https://www.quantamagazine.org/the-black-hole-information-paradox-comes-to-an-end-20201029/
    Si los últimos trabajos se generalizan para espacio-tiempos más realistas entonces Hawking, que perdió su famosa apuesta (la información escapa del AN) dejó las herramientas Matemáticas para resolver uno de las paradojas más fundamentales de la Física: la paradoja de la información en AN.
    La famosa curva de Page para agujeros negros en evaporación implica que la entropía de entrelazamiento entre el AN y la radiación emitida debe ser 0 al principio (todavía no ha empezado a radiar) y 0 al final (ya no existe el AN). Una vez que empieza a radiar la entropía aumenta por tanto, en algún punto, si la información se conserva, la entropía debe alcanzar un máximo y comenzar a descender. Es decir, el gráfico tiene que seguir una V invertida. Recientemente ya se había calculado la entropía de entrelazamiento de la radiación de Hawking de forma holográfica pero el cálculo parecía demasiado abstracto y artificial a muchos físicos. Pero ahora, se ha realizado el cálculo por un método que parece mucho más sólido: utilizando la integral de camino gravitacional que Hawking utilizó para encontrar el famoso estado de Hartle-Hawking. El nuevo cálculo implica sumar sobre TODAS las geometrías posibles y todas las topologías posibles incluyendo las contribuciones de regiones desconectadas en las CFTs del borde es decir, ¡incluyendo las contribuciones de wormholes en el bulk! Cuando el AN es joven las contribuciones mayores son las del AN pero después del tiempo de Page las contribuciones mayores corresponden a ¡ Wormholes ! y la información escapa de forma no local. ¡El espacio-tiempo que contiene el AN es una suma de todas las posibles geometrías y topologías pasadas, presentes y futuras! ¿No es esto algo increíble? ¿Qué ocurre exactamente en ese momento? ¿Qué significa esa estructura no local en forma de superficie extremal que los físicos han encontrado en sus cálculos? ¿Como se explica esa especie de cambio de fase topológica en el tiempo de Page? ¡ La solución a este enigma y a muchas preguntas sobre la naturaleza del espacio-tiempo parece estar mucho más cerca ! ¿Podrán los físicos encontrar la respuesta definitiva?

    1. Estimado Planck:

      Vale la pena apuntar la «crítica» de Motl a estos desarrollos (que usted conoce muy bien). En resumen, toda estos logros son progreso muy importante; pero es de vital importancia establecerlas o refutarlas al nivel de una teoría completa y consistente de gravedad cuántica (teoría de cuerdas). https://motls.blogspot.com/2020/07/cumrun-vafa-vs-sloppiness-of-lessons.html

      Como reflexión me gustaría dejar la siguiente (espléndida) pregunta de Zhiboedov a Maldacena: 1:08:51 https://www.youtube.com/watch?v=6UpV_C4RB4M&t=3294s .

      «Suponga que tomamos una teoría en el swampland. Acoplamos esta última a una teoría a una teoría de gravedad y observamos y aplicamos toda esta reciente tecnología (restaurar la unitareidad sumando por agujeros de réplica o un cálculo exitoso de la curva de Page) ¿Luego qué?».

      Maldacena responde (a grandes rasgos): «No habrá inconsistencias a este nivel, pero, posiblemente habrá tensión con una teoría completa de gravedad cuántica a otro nivel».

      La pregunta es importante y muy inquietante. Algunas décadas atrás habría sido razonable esperar que la restauración de la unitareidad del proceso de evaporación a nivel semi-clásico (y el cálculo de la curva de Page en sí mismo) fuesen la firma inequívoca de la dinámica de una teoría de gravedad cuántica consistente.

      Es posible que la moraleja sea que la noción de «gravedad semi-clásica» sea obsoleta. Vafa tiene razón, esta última es al menos «muy insuficiente» y el progreso sólo será firme hasta que la humanidad entienda más sobre las restricciones la gravedad cuántica para el concepto de «teoría efectiva».

      ¡Saludos!

      1. Estimado Ramiro, estoy de acuerdo en que el veredicto final sobre la validez o no de todos estos trabajos será dado por la futura teoría cuántica de la gravedad. Además, seguimos sin saber el mecanismo físico concreto que permite que la información sea transferida a la radiación de Hawking. Sin embargo, si no me equivoco (yo soy solo un aficionado a estos temas) por vez primera, varios cálculos que utilizan métodos diferentes (unos basados en superficies extremales-formula de Ryu-Takayanagi y otros basados en replicas-suma de geometrías que contienen los problemas que tu has señalado) han conseguido reproducir la curva de page indicando de forma clara que la información no se destruye (cierto es que varios de estos métodos son aún solo conjeturas). Los trabajos parecen converger hacia una misma imagen «clara» y coherente de como la entropia de entrelazamiento permite que la información no se destruya. El concepto de «islas» parece jugar un papel clave para resolver la paradoja, también parece relevante que algunos de estos trabajos indican que en el tiempo de Page se forma una superficie extremal justo dentro del AN lo que permite que la entropía de entrelazamiento vuelva a disminuir.
        Tienes razón en que hay que ser cauto pero parece que estos trabajos van en la dirección correcta, incluso Lubos (o eso a mi me lo parece) parece menos crítico en su último post sobre este tema, con lo diplomático y elegante que es siempre 😀
        Ya se sabía que la gravedad cuántica implicaba una sutil no localidad, parece que la radiación temprana ya puede portar cierta cantidad de información ya que esta información ¡no está codificada en el borde! Parece que otra de las claves está en como se almacena la información en el conjunto (bulk-borde), hablando a grosso-modo, en como funciona el «programa» que reproduce el «holograma» donde reside el espacio-tiempo que vemos. Una cosa es cierta, seguir todos estos desarrollos y sus consecuencias va a ser apasionante.
        Un saludo amigo Ramiro, es siempre un placer leerte.

        1. Planck:

          Estoy en acuerdo con todo lo que ha argumentado y sobra decir que todo esto es absolutamente apasionante.

          Mi punto es simplemente expresar que es fundamental justificar todo esto al nivel de la teoría de cuerdas, y comentar algo perfectamente posible (dentro de nuestro entendimiento actual de la paradoja): Varias de estas suposiciones pueden ser incompatibles con gravedad cuántica. Calcular una curva de Page compatible con unitareidad no parece ser suficiente para caracterizar «un punto en el landscape», ¿Puede una teoría (o un ensemble de ellas) en el swampland ser semi-clásicamente compatible con unitareidad? El tiempo nos lo dirá 🙂

          Comparto un hilo en twitter donde se concretan algunos puntos interesantes a este respecto https://twitter.com/postquantum/status/1322184235407626240.

          Por lo demás ¿Qué puedo decir? Que gran aventura 🙂
          Un saludo amigo, Planck. Gracias por compartir su entusiasmo.

  2. Francis:

    Como siempre, deslumbrantes sus intervenciones. Me ha parecido muy sensata (y demostrablemente cierta) su postura sobre lo relativamente «normal» que es el asunto de retirar/retractar artículos científicos.

    P.d. ¡Leonard Susskind recomienda escuchar Coffe Break!

  3. Para muchísima más confusión y polémica 😀 recomiendo la intensa dicusión entre Vafa y Maldacena min 49:43 https://www.youtube.com/watch?v=nl_jLzdVAO0 y https://www.youtube.com/watch?v=5tc_WgKxPpw.

    Se abordan temas muy incómodos como la interpretación de ensemble de la gravedad de JT, la validez de las restricciones swapland en d<4, el concepto de sector de superselección en gravedad cuántica, la conjetura swampland de universos bebé de McNamara y Vafa y varias otras cosas más.

    Saludos a los lectores de Francis.

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