Recientes declaraciones Invalidan: La Gravedad Emergente Podría Producir Un Universo Sin Materia Obscura
Comenzó con un estallido
El Universo está por ahí, esperando que lo descubras
Si la gravedad misma no fuera una fuerza fundamental, si no una que emerge, muchos de los mistureros del espacio y el tiempo podrían tener una solución diferente de alguna de las que estamos buscando. Crédito de la imagen: Zoltán Vörös of flickr.
Original de Sabine Hossenfelder FEB 28, 2017
Sabine es una física teórica especializada en gravedad cuántica y física de altas energías. Ella también es escritora independiente que escribe acerca de ciencia.
La gravedad es una de las cuatro fundamentales de la naturaleza, lo cual quiere decir que no se deriva de ninguna otra cosa – es solo lo que es. Al menos, esto esta de acuerdo con nuestras aceptadas teorías actuales. Pero esto podría estar a punto de cambiar.
La deformación del espacio tiempo, en el cuadro de la Relatividad General, causado por masas gravitacionales. Crédito de la imagen: LIGO/T. Pyle
Los físicos de hoy describen la interación gravitacional mediante la Teoría General de la Relatividad de Einstein, la cual dicta que los efectos de la gravedad son debidos a la curvatura del espacio tiempo. Pero esto, Ted Jacobson desde hace 20 años ya demostró que la Relatividad General se parece a la termodinámica, la cual es el marco para describir con muy grandes números como se comportan las partículas. Desde entonces, los físicos han tratado de darse cuenta si esta similaridad es una coincidencia formal o es la pista de una verdad más profunda: que el espacio tiempo esta hecho de pequeños elementos cuyos movimientos colectivos dan lugar a la fuerza que llamamos gravedad. En este caso, la gravedad no sería ciertamente un fenómeno fundamental, si no un fenómeno emergente.
El problema es, si la gravedad emergente solo reproduce la Relatividad General, no hay forma de probar esta idea. En lugar de ello lo que necesitamos es una predicción proveniente de gravedad emergente que se aparte de la Relatividad general.
La fabrica del espacio tiempo, ilustrada, con rizos y deformaciones debido a la masa. Una nueva teoría debe ser más que ser identica a la Relatividad General; esta debe hacer nuevas y distintas predicciones. Crédito de la imagen: European Gravitational Observatory, Lionel BRET/EUROLIOS.
Tal predicción fue hecha hace dos meses por Erik Verlinde en un nuevo documento. Verlinde señaló que la gravedad emergente en un Universo con una constante cosmológica positiva – como en el que vivimos – podría solo aproximadamente reproducir la Relatividad General. Los constituyentes microscópicos del espacio tiempo, también reaccionan a la presencia de la materia en la manera en que la Relatividad General no captura: ellos empujan hacía adentro en la materia. Esto crea un efecto similar al atribuido a la partícula de materia obscura, la cual, empuja la materia normal mediante su atracción gravitacional.
La idea de Verlinde es interesante y resuelve dos problemas que han incomodado los anteriores intentos de la gravedad emergente.
Dos posibles patrones de enlazamiento en el espacio de de Sitter, representando bits enlazados de información cuántica que podrían permitir al espacio que la gravedad y el tiempo emerger. Crédito de la imagen: Erik Verlinde, via https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2.pdf.
Primero, el conjetura que las desviaciones de la Relatividad General suceden debido a los constituyentes microscópicos del espacio tiempo que tienen una entropía adicional. En la formulación de la termodinámica, la entropía – que es el número de configuraciones microscópicas – en el cual un volumen puede máximamente puede tener es proporcional al área superficial del volumen. Esto en ocasiones es llamado como una entropía “holográfica” debido a que demuestra que todo lo que sucede dentro del volumen puede estar codificado enteramente en la superficie. La entropí adicional que Verlinde presenta en lugar del crecimiento con el volumen mismo.
Una ilustración de un paso en la emergencia de la gravedad como la que conocemos de acuerdo con la idea de la gravedad entropica. Crédito de la imagen: Erik Verlinde, via https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2.pdf.
La modificación de la Relatividad general entonces sucede debido a la materia – así la conjetura continua – reduce de nuevo escalamiento de la entropía del volumen en su ambiente. El decrecimiento de la entropía lleva a un decrecimiento del volumen el cual, a su vez crea una fuerza que impulsa hacía adentro en la materia. Verlinde muestra que esta fuerza, es similar a la fuerza normal atribuida a la materia obscura – la cual hala in la materia normal desde su adicional masa gravitacional.
El halo de materia obscura podría ser explicado, en principio, por un nuevo tipo de entropía que es afectada por la normal, materia barionica presente en el espacio. Crédito de la imagen: ESO / L. Calçada.
Sin embargo, la entropía que Verlinde presenta podría no llegar a ser menor que cero. Por esto, una vez la entropía adicional esta enteramente disminuida, una es dejada como solo la normal, la entropía holográfica retorna como la ordinaria Relatividad General. Esto sucede en los sistemas con un alto promedio de densidad análogo, tal y como un sistema solar. En las escalas galácticas sin embargo, la modificación de la Relatividad General llega a ser notable, y se manifiesta así misma como la aparente materia obscura. Esto resuelve un serio problema con las muchas modificaciones de la gravedad la cual usualmente funciona bien en las escalas galácticas pero no en las escalas de los sistemas solares.
Segundo, la idea de Verlinde explica una notable coincidencia numérica. En los escenarios de la gravedad modificada, la divergencia de la Relatividad General llega a ser relevante en un escala particular de aceleración. Esta escala se convierte en algo similar – en el mismo orden de magnitud – a la temperatura del espacio de de Sitter, el cual es proporcional a la (raíz cuadrada de) la constante cosmológica. En el nuevo modelo de la gravedad emergente, esta relación continua debido a que la aparente materia obscura, en efecto, esta relacionada con la constante cosmológica.
La cantidad de materia obscura y energía obscura esta determinada a través de fuentes independientes: supernovas, la CMB (fondo cósmico de microondas), y la estructura a gran escala del BAO (oscilaciones acústicas de bariones). En la gravedad emergente, hay solo un nuevo tipo de entropía, responsable por lo que percibimos como los efectos de ambos materia obscura y energía obscura. Crédito de la imagen: Supernova Cosmology Project, Amanullah, et al., Ap.J. (2010).
Por esto, es una idea promisoria y ha sido recientemente puesta a prueba en numerosos documentos.
Un documento es particularmente critico, con los autores diciendo que ellos han establecido las reglas de un modelo para siete ordenes de magnitud usando la información del sistema solar. Pero ellos parece no haber tomad en cuenta que la ecuación que ellos están usando no se aplica en las escalas del sistema solar. Su conclusión, por esta razón, es invalida.
Otro documento que se publicó hace dos semanas comprobó las predicciones del modelo de Verlinde contra las curvas de rotación de una muestra de 152 galaxias. La gravedad emergente se alejo de la compatibilidad con la información – esto sistemáticamente sucede en las demasiado altas aceleraciones que muestran las observaciones.
Un trío de otros documentos muestran que el modelo de Verlinde es en lineas generales compatible con la información, aun cuando particularmente es mejor que cualquier otro o para explicar alguna otra novedad.
La extendida curva de M33, la galaxia del Triangulo. La materia obscura, MOND (dinámica Newtoniana modificada) y la gravedad emergente todos mejoran o empeoran los trabajos de explicar esas curvas de rotación. Crédito de la imagen: Wikimedia Commons user Stefania.deluca.
Uno debería interpretar esos estudios con cautela. Ellos todos comprueban una ecuación que Verlinde reveló en su documento, la cual describe una situación extremadamente ideal. Además, no está exactamente claro cuales aproximaciones deben ser hechas para llegar hasta esta ecuación desde un comienzo. Por esto considero todas las pruebas del modelo como inconclusas. Soy optimista que con un mejor entendimiento del modelo, este llegará a concordar con las curvas bien, si no mejor, como las anteriores variaciones de la gravedad modificada.
Hay un reto real para la gravedad emergente, pienso no en las curvas de rotación galácticas. Que es un dominio donde ya sabemos que la gravedad modificada – las ultimas de sus variantes de la misma – funcionan bien. El reto real es explicar también la formación de estructuras en el Universo primigenio, o cualquier fenómeno gravitatorio en las más grandes (decenas de millones de años luz o más) escalas.
Las fluctuaciones en el Fondo Cósmico de Microondas (CMB), o el resplador dejado por el Big Bang, que contiene una plétora de información acerca de que está codificado en la historia del Universo. Crédito de la imagen: ESA and the Planck Collaboration.
Particularmente la materia obscura es esencial para obtener las predicciones correctas para las fluctuaciones de la temperatura en el fondo cósmico de microondas (CMB). Este logro destacado, y sin alternativa para la materia obscura puede ser tomada seriamente siempre que no pueda hacerlo al menos bien. Desafortunadamente, el modelo de la gravedad emergente de Verlinde no permite el análisis necesario – al menos no aun.
En resumen, la particularmente la materia obscura esta funcionando bien, y la gravedad emergente tiene por delante un largo camino por superar.
Comenzó con un estallido
El Universo está por ahí, esperando que lo descubras
Si la gravedad misma no fuera una fuerza fundamental, si no una que emerge, muchos de los mistureros del espacio y el tiempo podrían tener una solución diferente de alguna de las que estamos buscando. Crédito de la imagen: Zoltán Vörös of flickr.
Original de Sabine Hossenfelder FEB 28, 2017
Sabine es una física teórica especializada en gravedad cuántica y física de altas energías. Ella también es escritora independiente que escribe acerca de ciencia.
La gravedad es una de las cuatro fundamentales de la naturaleza, lo cual quiere decir que no se deriva de ninguna otra cosa – es solo lo que es. Al menos, esto esta de acuerdo con nuestras aceptadas teorías actuales. Pero esto podría estar a punto de cambiar.
La deformación del espacio tiempo, en el cuadro de la Relatividad General, causado por masas gravitacionales. Crédito de la imagen: LIGO/T. Pyle
Los físicos de hoy describen la interación gravitacional mediante la Teoría General de la Relatividad de Einstein, la cual dicta que los efectos de la gravedad son debidos a la curvatura del espacio tiempo. Pero esto, Ted Jacobson desde hace 20 años ya demostró que la Relatividad General se parece a la termodinámica, la cual es el marco para describir con muy grandes números como se comportan las partículas. Desde entonces, los físicos han tratado de darse cuenta si esta similaridad es una coincidencia formal o es la pista de una verdad más profunda: que el espacio tiempo esta hecho de pequeños elementos cuyos movimientos colectivos dan lugar a la fuerza que llamamos gravedad. En este caso, la gravedad no sería ciertamente un fenómeno fundamental, si no un fenómeno emergente.
El problema es, si la gravedad emergente solo reproduce la Relatividad General, no hay forma de probar esta idea. En lugar de ello lo que necesitamos es una predicción proveniente de gravedad emergente que se aparte de la Relatividad general.
La fabrica del espacio tiempo, ilustrada, con rizos y deformaciones debido a la masa. Una nueva teoría debe ser más que ser identica a la Relatividad General; esta debe hacer nuevas y distintas predicciones. Crédito de la imagen: European Gravitational Observatory, Lionel BRET/EUROLIOS.
Tal predicción fue hecha hace dos meses por Erik Verlinde en un nuevo documento. Verlinde señaló que la gravedad emergente en un Universo con una constante cosmológica positiva – como en el que vivimos – podría solo aproximadamente reproducir la Relatividad General. Los constituyentes microscópicos del espacio tiempo, también reaccionan a la presencia de la materia en la manera en que la Relatividad General no captura: ellos empujan hacía adentro en la materia. Esto crea un efecto similar al atribuido a la partícula de materia obscura, la cual, empuja la materia normal mediante su atracción gravitacional.
La idea de Verlinde es interesante y resuelve dos problemas que han incomodado los anteriores intentos de la gravedad emergente.
Dos posibles patrones de enlazamiento en el espacio de de Sitter, representando bits enlazados de información cuántica que podrían permitir al espacio que la gravedad y el tiempo emerger. Crédito de la imagen: Erik Verlinde, via https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2.pdf.
Primero, el conjetura que las desviaciones de la Relatividad General suceden debido a los constituyentes microscópicos del espacio tiempo que tienen una entropía adicional. En la formulación de la termodinámica, la entropía – que es el número de configuraciones microscópicas – en el cual un volumen puede máximamente puede tener es proporcional al área superficial del volumen. Esto en ocasiones es llamado como una entropía “holográfica” debido a que demuestra que todo lo que sucede dentro del volumen puede estar codificado enteramente en la superficie. La entropí adicional que Verlinde presenta en lugar del crecimiento con el volumen mismo.
Una ilustración de un paso en la emergencia de la gravedad como la que conocemos de acuerdo con la idea de la gravedad entropica. Crédito de la imagen: Erik Verlinde, via https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2.pdf.
La modificación de la Relatividad general entonces sucede debido a la materia – así la conjetura continua – reduce de nuevo escalamiento de la entropía del volumen en su ambiente. El decrecimiento de la entropía lleva a un decrecimiento del volumen el cual, a su vez crea una fuerza que impulsa hacía adentro en la materia. Verlinde muestra que esta fuerza, es similar a la fuerza normal atribuida a la materia obscura – la cual hala in la materia normal desde su adicional masa gravitacional.
El halo de materia obscura podría ser explicado, en principio, por un nuevo tipo de entropía que es afectada por la normal, materia barionica presente en el espacio. Crédito de la imagen: ESO / L. Calçada.
Sin embargo, la entropía que Verlinde presenta podría no llegar a ser menor que cero. Por esto, una vez la entropía adicional esta enteramente disminuida, una es dejada como solo la normal, la entropía holográfica retorna como la ordinaria Relatividad General. Esto sucede en los sistemas con un alto promedio de densidad análogo, tal y como un sistema solar. En las escalas galácticas sin embargo, la modificación de la Relatividad General llega a ser notable, y se manifiesta así misma como la aparente materia obscura. Esto resuelve un serio problema con las muchas modificaciones de la gravedad la cual usualmente funciona bien en las escalas galácticas pero no en las escalas de los sistemas solares.
Segundo, la idea de Verlinde explica una notable coincidencia numérica. En los escenarios de la gravedad modificada, la divergencia de la Relatividad General llega a ser relevante en un escala particular de aceleración. Esta escala se convierte en algo similar – en el mismo orden de magnitud – a la temperatura del espacio de de Sitter, el cual es proporcional a la (raíz cuadrada de) la constante cosmológica. En el nuevo modelo de la gravedad emergente, esta relación continua debido a que la aparente materia obscura, en efecto, esta relacionada con la constante cosmológica.
La cantidad de materia obscura y energía obscura esta determinada a través de fuentes independientes: supernovas, la CMB (fondo cósmico de microondas), y la estructura a gran escala del BAO (oscilaciones acústicas de bariones). En la gravedad emergente, hay solo un nuevo tipo de entropía, responsable por lo que percibimos como los efectos de ambos materia obscura y energía obscura. Crédito de la imagen: Supernova Cosmology Project, Amanullah, et al., Ap.J. (2010).
Por esto, es una idea promisoria y ha sido recientemente puesta a prueba en numerosos documentos.
Un documento es particularmente critico, con los autores diciendo que ellos han establecido las reglas de un modelo para siete ordenes de magnitud usando la información del sistema solar. Pero ellos parece no haber tomad en cuenta que la ecuación que ellos están usando no se aplica en las escalas del sistema solar. Su conclusión, por esta razón, es invalida.
Otro documento que se publicó hace dos semanas comprobó las predicciones del modelo de Verlinde contra las curvas de rotación de una muestra de 152 galaxias. La gravedad emergente se alejo de la compatibilidad con la información – esto sistemáticamente sucede en las demasiado altas aceleraciones que muestran las observaciones.
Un trío de otros documentos muestran que el modelo de Verlinde es en lineas generales compatible con la información, aun cuando particularmente es mejor que cualquier otro o para explicar alguna otra novedad.
La extendida curva de M33, la galaxia del Triangulo. La materia obscura, MOND (dinámica Newtoniana modificada) y la gravedad emergente todos mejoran o empeoran los trabajos de explicar esas curvas de rotación. Crédito de la imagen: Wikimedia Commons user Stefania.deluca.
Uno debería interpretar esos estudios con cautela. Ellos todos comprueban una ecuación que Verlinde reveló en su documento, la cual describe una situación extremadamente ideal. Además, no está exactamente claro cuales aproximaciones deben ser hechas para llegar hasta esta ecuación desde un comienzo. Por esto considero todas las pruebas del modelo como inconclusas. Soy optimista que con un mejor entendimiento del modelo, este llegará a concordar con las curvas bien, si no mejor, como las anteriores variaciones de la gravedad modificada.
Hay un reto real para la gravedad emergente, pienso no en las curvas de rotación galácticas. Que es un dominio donde ya sabemos que la gravedad modificada – las ultimas de sus variantes de la misma – funcionan bien. El reto real es explicar también la formación de estructuras en el Universo primigenio, o cualquier fenómeno gravitatorio en las más grandes (decenas de millones de años luz o más) escalas.
Las fluctuaciones en el Fondo Cósmico de Microondas (CMB), o el resplador dejado por el Big Bang, que contiene una plétora de información acerca de que está codificado en la historia del Universo. Crédito de la imagen: ESA and the Planck Collaboration.
Particularmente la materia obscura es esencial para obtener las predicciones correctas para las fluctuaciones de la temperatura en el fondo cósmico de microondas (CMB). Este logro destacado, y sin alternativa para la materia obscura puede ser tomada seriamente siempre que no pueda hacerlo al menos bien. Desafortunadamente, el modelo de la gravedad emergente de Verlinde no permite el análisis necesario – al menos no aun.
En resumen, la particularmente la materia obscura esta funcionando bien, y la gravedad emergente tiene por delante un largo camino por superar.