Malas noticias para la GP-B

Los problemas con los torques inesperados en los giroscopios de la Gravity Probe B que hemos mencionado recientemente aquí requieren un análisis más detallado de los datos para llegar a resultados científicos definitivos. Esto ha llevado a la petición de una extensión en los fondos para la misión de 3.8 millones de dolares hasta 2010, cosa que ha sido rechazada por la NASA:

http://einstein.stanford.edu/highlights/status1.html

El equipo de la GP-B se enfrenta con esto a un inesperado rechazo para concluir el trabajo empezado. La negativa a proporciona los fondos parece estar relacionada con una reestructuración en la NASA que la ha dejado sin un departamento dedicado exclusivamente a proyectos de física fundamental. Por otro lado quizás también con el poco tirón popular de misiones como esta frente a otras como el Hubble, etc. y quizás también el hecho que los resultados preliminares no presenten excesivas sorpresas al presentar un resultado acorde con la relatividad general.

En cualquier caso, desde el punto de vista meramente científico, e independientemente de los costes o la relación resultados / coste de esta misión, estamos aquí frente a una mala noticia para lograr o finalizar un sólido paso adelante en la comprensión de la gravitación.

In March 2008 at NASA's invitation, we submitted a proposal to the Science Mission Directorate, Astrophysics Division Senior Review of Operating Missions (Sr. Review), requesting a final 18-month (October 2008 through March 2010), $3.8M extension of GP-B to complete the data analysis and publish the results. In April, as part of the Sr. Review process, GP-B Principal Investigator, Francis Everitt, and Program Manager, William Bencze, made a presentation to the Sr. Review Committee at NASA Headquarters, where it appeared to have been favorably received.

Thus, we were greatly surprised last week to discover that the Sr. Review had recommended that NASA not grant our final funding extension,...

Todo listo para el lanzamiento del GLAST

El 3 de junio va a ser lanzado el muy esperado GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope) desde Cabo Cañaveral. El lanzamiento depende del éxito del lanzamiento del Discovery el día 31 de mayo, y será retrasado si éste también se retrasa.

El GLAST es uno de los proyectos científicos más importantes que se incian este año junto con el LHC y el Planck:

http://glast.gsfc.nasa.gov/

Sus objetivos científicos:

* Explore the most extreme environments in the Universe, where nature harnesses energies far beyond anything possible on Earth.
* Search for signs of new laws of physics and what composes the mysterious Dark Matter.
* Explain how black holes accelerate immense jets of material to nearly light speed.
* Help crack the mysteries of the stupendously powerful explosions known as gamma-ray bursts.
* Answer long-standing questions across a broad range of topics, including solar flares, pulsars and the origin of cosmic rays.

Los primeros resultados estarán disponibles probablemente dentro de un año.

La evolución de la curvatura del espacio en los modelos FRW

¿Cómo evoluciona la curvatura del espacio en la cosmología estándar basada en los modelos homogeneos e isótropos de Friedmann-Robertson-Walker? Esta es una pregunta interesante, que se puede responder con matemáticas sencillas. La primera ecuación de Friedmann sin constante cosmológica:



se puede reformular como



es decir





con un valor siempre positivo que es la relación entre la densidad y la densidad crítica necesaria para hacer el espacio plano. Si la densidad es menor que la crítica es menor que uno y el espacio es abierto. Si la densidad es mayor que la crítica es mayor que uno y el espacio es cerrado.

Para un modelo con materia por lo que



Si el espacio es cerrado y a medida que el factor de escala aumenta aumenta también (sólo tiene sentido físico la rama con positivo).

Si el espacio es abierto y a medida que el factor de escala aumenta disminuye (igualmente sólo tiene sentido físico la rama con positivo).



Para un modelo con radiación se puede mostrar lo mismo. Un modelo con constante cosmológica puede modelarse como , por lo que



e independiéntemente de el valor de tiende a uno (igualmente sólo tiene sentido físico la rama con positivo):



En definitiva, todo modelo que tiene constante cosmológica o energía oscura tiende a convertirse en plano. Todo modelo con materia o radiación tiende a hacerse más abierto o más cerrado. Modelos mezclados evolucionan haciéndose más abiertos o cerrados mientras domina la radiación o la materia, pero en esos modelos la energía oscura acaba tarde o temprano por dominar y empiezan a convertirse poco a poco en planos.

Finalmente, si el universo es exáctamente plano se queda plano siempre independiéntemente del contenido que tenga:

Dos caminos para la cuantización de la relatividad general

Para cuantizar la relatividad general hay históricamente dos formas de proceder, ambas aparentemente con orígen en artículos de Bryce DeWitt.

La gravedad cuántica covariante

Una es considerar la métrica k como un campo tensorial, análogamente al resto de los campos de la teoría cuántica de campos. En tal caso existe un espacio-tiempo de fondo plano que determina la causalidad con su métrica n. El campo métrico en cuestión son perturbaciones del espacio-tiempo de fondo en el límite de campos débiles de forma que se tiene una modificación ligera de él g = n + k.

A partir de aquí, y manteniendose fieles a la covarianza de la teoría y el tratamiento homogeneo de espacio y tiempo, se puede pasar a cuantizar haciendo uso de la integral de caminos de Feyman con el Lagrangiano de Einstein-Hilbert para k, y procediendo con los métodos usuales usados en las teorías de gauge (Faddeev-Popov ghosts, etc.). La simetría de gauge aquí son los difeomorfismos espacio-temporales de la métrica k. Esta forma de proceder da lugar a una teoría cuántica de campos del gravitón y se conoce como gravedad cuántica covariante.

El principal problema es que todo indica que tal teoría no es renormalizable. Conceptualmente, además, esta teoría no es una teoría del espacio-tiempo ya que no explica el orígen de la parte n de g pese a ser de la misma naturaleza que k. Esto significa que la teoría no es independiente del fondo.

La gravedad cuántica canónica

Otra forma es partir del formalismo hamiltoniano de la relatividad general y considerar como variables dinámicas la métrica espacial h (tridimensional) y su momento conjugado p para un espacio-tiempo general cualquiera (aunque globalmente hiperbólico y causalmente bien definido). Las ecuaciones de Einstein derivadas de acción de Einstein-Hilbert para g quedan reformuladas en unas ecuaciones de movimiento para h y p seleccionando un eje temporal para describir su evolución.

Para establecer una teoría cuántica se procede entonces a imponer las relaciones de conmutación instantaneas (para un valor del tiempo) para h y p. Los difeomorfismos espacio-temporales de la métrica g quedan naturalmente separados en difeomorfismos temporales (o reparametrizaciones temporales) y difeomorfismos espaciales. Se puede mostrar que el Hamiltoniano de una teoría temporalmente reparametrizable es idénticamente nulo, por lo que las ecuaciones de movimiento hamiltonianas resultantes sufren del problema del tiempo.

Es esta segunda forma de proceder la que se asume que es más fundamental que la primera debido al problema de la dependencia del fondo en la primera forma de proceder. Es también esta forma de proceder la que sirve de inspiración a la gravedad cuántica canónica basada en la representación de lazos (gravedad cuántica de lazos o LQG) y, según me consta a mí, de la que se cree que en el límite apropiado debería poder derivarse una teoría cuántica de campos del gravitón consistente.



Una introducción al tema tomando como analogía el campo electromagnético es dada aquí:

• The quantization of gravity - an introduction, David Wallace.