No te pierdas mi conferencia «El bang del Big Bang» en la IX Cita con las Estrellas 2021

Por Francisco R. Villatoro, el 1 noviembre, 2021. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Recomendación • Science ✎ 20

Mañana, martes 2 de noviembre de 2021, a las 19:30, no te pierdas mi conferencia «El bang del Big Bang», dentro del Ciclo Cita con las Estrellas, que organiza la Sociedad Malagueña de Astronomía (SMA) con motivo de la Semana de la Ciencia 2021. Podrás disfrutar de esta charla online en el canal de YouTube AstroMálaga. Mi idea es presentar la inflación cósmica, con énfasis en cómo ha cambiado la teoría del big bang desde lo que cuenta Steven Weinberg en «Los tres primeros minutos del universo» (1977) hasta la actualidad, con una parada en lo cuenta Alan H. Guth en «The inflationary universe» (1997), y sin olvidar los últimos resultados de BICEP3/Keck.

La teoría del big bang (o de la gran explosión) antes de 1980 no era capaz de explicar el origen de la materia y de la radiación, el bang del big bang; se limitaba a describir las transiciones de fase que le ocurren a la materia y la radiación que contiene el universo durante su enfriamiento debido a la expansión cósmica. Ciertos problemas graves llevaron a descartar la teoría del big bang caliente y su reemplazo por la teoría del big bang inflacionario, en la que la materia y la radiación tienen su origen en la fase de recalentamiento tras la inflación cósmica. Hoy en día hay multitud de evidencias cosmológicas que apoyan la existencia de la inflación cósmica fuera de toda duda. Por desgracia, se han propuesto más de cien modelos inflacionarios diferentes que son compatibles con dichas evidencias; por ello, aún no conocemos el modelo inflacionario correcto. Futuros telescopios espaciales que estudien en detalle los llamados modos B en la polarización del fondo cósmico de microondas permitirán sesgar el espacio de modelos inflacionarios y guiarnos hacia el modelo correcto. En esta charla se discutirán todas estas cuestiones, destacando los modelos más prometedores.

¡Qué disfrutes de la charla!

Como la conferencia es virtual, podrás disfrutar de ella en directo vía este enlace de YouTube, o en diferido, como prefieras. Los miembros de la Sociedad Malagueña de Astronomía disponen del enlace Zoom de la charla, con lo que podrán intervenir en el turno de preguntas. Para los demás, se puede usar el chat de YouTube para realizar preguntas (aunque no sé si podré contestarlas todas). ¡Qué disfrutes de la conferencia!



20 Comentarios

  1. Excelente charla en la que pude disipar algunas dudas y aprender cosas nuevas, en especial la duda que tenía sobre un espacio infinito espacialmente, pero finito temporalmente. Gran maestro, abrazo

    1. Francis la charla buenisima como siempre. Yendo un poco mas allá, se sabe qué observaciones futuras podrían empezar a mirar las 3-point correlation functions para intentar observar las no gausianidades como las que predijo Maldacena en 2003?me parecia haber leido que la linea 21 cm de hidrogeno seria clave para ello, o no se si era observando la distribucion de galaxias. Si pudieras comentar un poco sobre este tema y sobre todo qué informacion de fisica de particulas podria darnos estas no gausianidades.

      Un saludo!

      1. Javi:

        ¿Se refiere a los resultados mostrados en https://arxiv.org/abs/1503.08043?

        Dichas funciones de 3-puntos serían detectables por análisis del espectro no-Gaussiano del CMB. El problema aquí es que dichos correladores se calculan para hipotéticas partículas de alto espín; esto es muy interesante porque dichas funciones tienen siguen una ley de potencias para la distancia angular entre dos puntos de la esfera celeste (si se asume que el espacio de fondo es dS). La dificultad estriba en nuestra ignorancia de la escala de masas a la que aparecen estas nuevas partículas, pocos modelos precisos de gravedad cuántica en dS con escala de masas menor a la de Planck existen como para hacer predicciones no-ambiguas y viceversa, los modelos con partículas de alto espín que sabemos que existen, como la teoría de cuerdas y la teoría de Vasiliev suelen suponer que dichas excitaciones tienen masas trans-planckianas (a menos que se suponga la escala de la cuerda como muy cercana a la escala GUT), en dicho caso, las correlaciones predichas por Arkani-Hamed y Maldacena están fuera de exploración experimental.

        En resumen: Es muy improbable que en el futuro cercano se puedan detectar dichas correlaciones; lo dicho no anula el hecho de que el trabajo es interesantísimo (resaltando la universalidad de dichas funciones para partículas de alto espín) y sus suposiciones no han sido descatadas, luego podrían aparecer; hasta donde sabemos las partículas de alto espín pueden existir, y quizá tengan una escala de masa inferior a la de Planck; no es algo particularmente plausible fenómenologicamente hablando, pero es posible.

        Sólo el tiempo lo dirá.

        Saludos.

        1. Gracias Ramiro,

          Tenia entendido, por charlas del mismo Arkani-Hamed, que en QFT sabemos que solo puede haber particulas con spin 0, 1/2, 1, 3/2 y 2. ¿Qué significa entonces el que pueda haber particulas de spin mayor a 2?

          1. Javi:

            Tienes razón, hay teoremas «no-go» en QFT ordinaria que «prohíben» la existencia de partículas fundamentales (*) de alto espín; concretamente hablamos de los teoremas de Weinberg, Weinberg-Witten y Coleman-Mandula. Sin embargo, recuerde que la física no son matemáticas y las conclusiones de los teoremas físicos pueden ser incumplidas bajo hipótesis extra. Por ejemplo la teoría de cuerdas, la hipótesis extremadamente sútil es el concepto de localidad, la teoría reproduce todas las propiedades de las QFTs ordinarias en el límite donde la longitud de la cuerda es cero, y además respeta el teorema de Weinberg-Witten en el sentido de que no existen corrientes conservadas para simetrías de alto espín (https://en.wikipedia.org/wiki/Weinberg–Witten_theorem#Superstring_theory). Sin embargo, los campos en la teoría son «emergentes» (son excitaciones de la cuerda) y sus interacciones no son locales cuando la longitud de la cuerda es finita, luego los teoremas de Weinberg-Witten y Coleman siguen siendo válidos (no hay simetrías de alto espín) pero sí que existen campos de espín > 2 que no tienen tensores de energía momento locales.

            Le recomiendo el excelente, didáctico y muy completo review:
            How higher-spin gravity surpasses the spin two barrier: no-go theorems versus yes-go examples https://arxiv.org/abs/1007.0435

            (*) Sólo para ser claros, recordemos que en la naturaleza existen hadrones de alto espín, de manera que el comentario anterior se refiere únicamente a partículas fundamentales.

          2. Hola Javi. El llamado teorema de Coleman-Mandula establece que en un espacio-tiempo de Minkowsky no es posible combinar las simetrias del espacio-tiempo (simetrias externas) con las simetrias gauge (simetrias internas), este teorema motivó el estudio de teorías SUSY y SUGRA donde si se consigue una «unificación» de ambas simetrías. Una consecuencia de esto es que, en el espacio-tiempo de Minkowsky no pueden existir teorias con interacción de partículas sin masa con spin mayor que 2. Las teorias de alto spin consiguen evitar este teorema al ser formuladas en un espacio AdS y al incluir una torre infinita de campos. Ver por ejemplo: https://physics.stackexchange.com/questions/243196/how-does-higher-spin-theory-evade-weinbergs-and-the-coleman-mandula-no-go-theor
            Un saludo.

          1. Planck:

            El placer es todo mío. Usted sabe que soy fiel seguidor del trabajo de Francis, ahora no comento tanto, pero visitar este espacio siempre será una alegría especial; Igual que volver a tener el gusto de ​leerle, Planck.

            Mis mejores deseos con Usted.

  2. Según el profesor Francis, el tamaño del universo nuestro debe ser al menos 20 veces mayor que él universo observable y que es muy difícil de calcular porque depende del modelo inflacionario que se escoja.

    Según Don Lincoln, el tamaño del universo nuestro debe ser al menos 250 veces mayor que el universo observable y el cálculo no depende del modelo inflacionario que se escoja, si no extrapolando el universo observable que nos parece plano, para el menor escenario de un universo cerrado.

    Desde mi punto de vista. Lo que interpretó del profesor Francis es que las posibilidades teorías pueden ser más importantes de lo que realmente observamos y medimos y lo que interpretó de Don Lincoln es que lo que medimos y las extrapolaciones sobre esas medidas son más importante que lo que teóricamente podemos pensar. Quien parece tener el razonamiento más aceptado sobre el posible tamaño del universo no observable y sobre como se debe hacer ciencia

    1. Cuan, no sé cuál será la fuente de Don Lincoln, pero supongo que será el artículo de M. Vardanyan, R. Trotta, J. Silk, «Applications of Bayesian model averaging to the curvature and size of the Universe,» MNRAS Lett 413: L91-L95 (2011), https://doi.org/10.1111/j.1745-3933.2011.01040.x, arXiv:1101.5476 [astro-ph.CO] (28 Jan 2011). Este cálculo (250 veces el volumen de Hubble) está basado en una técnica estadística bayesiana que combina otros resultados para ir más allá de ellos, por lo que no es aceptado por todos los cosmólogos. Quizás Lincoln está entre los (pocos) físicos que acepta dicho cálculo; en mi opinión dicho resultado es muy discutible.

  3. Gracias Francis una vez mas por tu labor divulgativa y facilitarnos tanta información de calidad sobre temas tan interesantes y fascinantes, pero a la vez complejos de la ciencia (y en español!). Eres uno de mis divulgadores favoritos, siempre sigo tus publicaciones en naukas y los podcast, no siempre comento porque como simple aficionado a la ciencia y tecnología no tengo el nivel adecuado para ciertos temas (pero siempre disfruto de los comentarios y respuestas), así que si ves algún comentario mío con alguna burrada no le pares jaja, a veces solo comento para que sepas que estoy siguiendo tus entradas.

    En fin, excelente conferencia, muchas gracias y te deseo mucha salud y energía para que sigas con este nivel de actividad.

  4. Hola Francis
    Tengo dos preguntas
    por que algunos cientificos dicen que el universo (no un posible multiverso) puede ser infinito espacialmente? como seria posible si nacio y tiene energia finita?
    la segunda pregunta es la teoria mas actual de cuerdas puede decir algo sobre la etapa de planck o el nacimiento mismo del universo o lo que habia antes? o ya podemos decir que no hubo antes ya que el tiempo y el espacio nacio ahi en el tiempo 0?

    1. Matias:

      1) Le recomiendo leer los primeros capítulos del libro «The Inflationary Universe» de Alan Guth para responder su pregunta. Pero Usted mismo puede tratar de responder, use la teoría de Newton por simplicidad y la pista es el signo de la energía potencial gravitacional. Piense que un universo puede ser creado con una energía positiva asociada a su contenido material E, pero la energía potencial gravitacional de ese mismo contenido es -E ¿Es relevante para este argumento la geometría precisa (hiperbólica o esférica) del universo en cuestión? la respuesta es no.

      2) Nuestro conocimiento en cosmología primordial de cuerdas aún es muy pobre como para hacer predicciones firmes. Sin embargo hay posibilidades muy interesantes. Le recomiendo este review https://arxiv.org/abs/0902.4731, en el se discuten varias distintos escenarios «alternativos» al paradigma inflacionario como modelo del universo temprano, algunos pueden ser construídos dentro del paradigma de la teoría de cuerdas.

      Para profundizar le recomiendo el fantástico (y actual) libro: «The Universe Before the Big Bang: Cosmology and String Theory» de Maurizio Gasperini.

      Un saludo.

  5. La inflación es, como muchos de los conceptos asociados a la física moderna, un proceso altamente contraintuitivo. Nuestro cerebro necesita establecer un proceso de causa-efecto por eso siempre nos preguntamos: ¿Que había ANTES del Big-Bang? La respuesta: La inflación. Pero, ¿que había ANTES de la inflación? El proceso inflacionario estándar implica un campo escalar (el inflatón) que «salta» desde un valor de vacío a otro valor inferior. Por tanto implica la PRE-EXISTENCIA de un espacio-tiempo y de un campo cuántico que representa la densidad de energía. Esta energía podría surgir «de la nada» a través de una fluctuación cuántica (en la escala de planck) en una especie de «espuma cuántica inicial». De hecho, según trabajos recientes basados en la disciplina denominada «cosmología cuántica» ( ver por ejemplo https://arxiv.org/abs/1706.06023 ) el Universo (o Multiverso) surgiría a través de un proceso de tunel cuántico producido en una fase inicial Euclidea. En esta fase inicial Euclidea no hay campos cuánticos, ni espacio, ni tiempo (similar a una burbuja de nada) es decir, no existe ninguna geometría asociada y por tanto no tiene sentido hablar de un tiempo inicial.
    Se que todo esto suena muy especulativo, sin embargo, en mi opinión inexperta, la física moderna y la inflación concretamente nos está diciendo claramente que la singularidad temporal del big-bang (el momento en el que el que la energía del campo inflaton se convierte en campos y partículas) no es un hecho aislado si no que es una «transición de fase» común. Las consecuencias de la inflación son tremendas: no solo nuestro Universo es mucho más grande que el Universo visible sino que, probablemente, es solo uno de muchos. Un saludo.

    1. Planck:

      Estoy absolutamente de acuerdo con su valoración del sesgo congnitivo de la relación causa-efecto para con el pensamiento humano. Es totalmente relevante y aportuno mencionarlo.

      Es habitual escuchar a los científicos hablar sobre la necesidad de entender el espacio como «emergente» en gravedad cuántica, sin embargo, esta misma lógica no suele aplicarse a la dimensión «temporal» para invitar a los jóvenes a superar este prejuicio cognitivo; al menos si sostenemos la idea de que la covarianza general es fundamental como parece serlo en las teorías de cuerdas (las únicas teorías consistentes conocidas de gravedad cuántica).

      Esta relación «causa-efecto» no hace más que exhibir el hecho de que aún seguimos pensando en el espaciotiempo de forma clásica … aún en gravedad cuántica.

      Saludos, Planck.

  6. Muy cierto Ramiro, pensamos siempre en el tiempo de una forma clásica, sin tener en cuenta que, a nivel fundamental, debe estar sometido a los ya conocidos efectos cuánticos: superposición, entrelazamiento, fenomenos no locales… Entender la verdadera naturaleza del tiempo es algo que se nos escapa y modificar nuestra idea preconcebida del tiempo como algo que fluye clásicamente es y será una tarea fundamental. Un saludo Ramiro.

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