Las estrellas muertas no emiten radiación

• Un artículo reciente afirma que toda la materia masiva emite radiación de Hawking y que incluso las estrellas muertas terminarían desapareciendo
• Esa afirmación implica una violación de la conservación bariónica y entra en conflicto con la teoría existente
• Expertos critican que el método de cálculo del artículo es inexacto y que, en realidad, el campo gravitacional de una masa estática no genera pares partícula-antipartícula
• Hace décadas, Ashtekar y Magnon, entre otros, demostraron rigurosamente que el vacío en un espacio-tiempo estático es estable
• Aunque últimamente abundan las noticias exageradas basadas en reportes erróneos, los principios físicos establecidos no han cambiado

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La afirmación sobre la radiación de Hawking en estrellas muertas

Recientemente, los investigadores Michael F. Wondrak, Walter D. van Suijlekom y Heino Falcke afirmaron que no solo los agujeros negros, sino toda la materia masiva, emite radiación de Hawking

• Sostienen que incluso una estrella muerta y fría emitiría radiación de Hawking, perdería masa lentamente y eventualmente dejaría de existir
• Según esta afirmación, se menciona la posibilidad de que el momento de la desaparición del universo llegue mucho antes de lo que se había estimado

Esta teoría viola la ley de conservación bariónica existente

• No ofrece una explicación clara del mecanismo de aniquilación de protones y neutrones que componen las estrellas
• Solo afirma que el campo gravitacional de la estrella genera pares partícula-antipartícula y que así la estrella pierde masa

Reacción de los expertos

Si los expertos consideraran válida esta afirmación, sería un acontecimiento revolucionario en el campo de la teoría cuántica de la gravedad

• Hasta ahora, la postura aceptada era que la materia estática no emite radiación de Hawking
• Si la teoría fuera correcta, la teoría cuántica de campos en espacio-tiempo curvo implicaría que la conservación del número bariónico tendría que romperse, lo que sería un fuerte golpe para la física

Pero en la práctica, estos artículos casi no han tenido impacto en la comunidad física

• Artículos de Antonio Ferreiro, José Navarro-Salas, Silvia Pla y otros señalan que la aproximación simplificada que usaron produce errores graves
• E. T. Akhmedov y otros también han planteado críticas similares

Los verdaderos expertos ya sabían desde antes de 1975 que el campo gravitacional de una masa estática no induce la creación de pares partícula-antipartícula

Cobertura mediática y malentendidos del público

El artículo presentado por Wondrak y sus colegas pasó por revisión profesional, pero en realidad no fue validado por especialistas del área correspondiente

• Que haya aparecido en una revista famosa de física no significa que deba considerarse confiable automáticamente
• Los artículos periodísticos que trataron esta afirmación no verificaron bien los hechos y la presentaron de forma sensacionalista

Ejemplos representativos de titulares

• CBS News: “El universo desaparecerá mucho más rápido de lo previsto”
• Space.com, Forbes y otros medios destacaron el tema y aumentaron la confusión pública
• La desinformación se propaga con rapidez, lo que dificulta que los hechos correctos lleguen al público

Contexto teórico riguroso

En realidad, Ashtekar y Magnon (1975) estudiaron rigurosamente la teoría cuántica de campos en espacio-tiempo curvo

• Demostraron que, si en un espacio-tiempo estático existe en todas partes una simetría temporal del espacio-tiempo (timelike Killing field), el estado de vacío es estable
• Bajo esa condición, no ocurre la aparición espontánea (creación espontánea) de pares partícula-antipartícula

Estos puntos también se tratan en detalle en el libro de texto de Robert Wald

• Explica con rigor la definición del concepto de energía en espacio-tiempo curvo, la estabilidad del vacío y la manera estricta de distinguir partículas y antipartículas
• La solución de Schwarzschild (es decir, un agujero negro estacionario) también tiene un Killing field, pero en el horizonte de sucesos sus propiedades cambian, por lo que este resultado no se aplica directamente

A partir de los trabajos de Ashtekar y Magnon, y de Wald, quedó establecido como consenso que el campo gravitacional de un objeto celeste estático no explica fenómenos de creación de partículas

Conclusión y situación actual

• Durante décadas ha quedado establecido que el campo gravitacional estático de una estrella o de la materia no provoca radiación de Hawking ni creación de pares de partículas
• El método de cálculo aproximado presentado en el artículo reciente entra en conflicto con ello, y sus errores ya han sido señalados en varios lugares
• Este asunto no requiere una discusión prolongada debido a las fallas del método de aproximación
• Es un problema ya resuelto hace más de 50 años, por lo que difícilmente puede presentarse como un resultado nuevo
• El artículo reciente deja margen para la exageración y el malentendido al no alcanzar la profundidad de la teoría existente

Material de referencia

• Abhay Ashtekar, Anne Magnon: Quantum fields in curved space-times (1975)
• Robert Wald: Quantum Field Theory in Curved Spacetime and Black Hole Thermodynamics (1994)
• Tesis doctoral de Valeria Michelle Carrión Álvarez (2004), entre otros

Está claramente confirmado por décadas de investigación teórica y experimental que las estrellas muertas y otros cuerpos celestes estáticos no emiten radiación de Hawking

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Comentarios en Hacker News

• La sensación de que todavía hay algo en el universo que se nos está escapando, y que las grandes teorías que seguirán vigentes durante miles de millones de años no están logrando incorporarlo

• Se plantea la duda de cómo ocurre la Hawking radiation en esta situación si la velocidad de escape del pozo de potencial gravitatorio no supera la velocidad de la luz. Si ambas partículas virtuales sobreviven y ninguna cruza el horizonte de sucesos, entonces no habría razón para que desaparezcan

  • Se recuerda que la explicación de la Hawking radiation como “una de las partículas del par queda atrapada en el horizonte de sucesos” es solo una analogía simplificada de la realidad. En realidad, el fenómeno verdadero se describe como dispersión de partículas (o campos) en el horizonte de sucesos. Se señala que el propio Hawking enfatizó que esa imagen era solo una analogía heurística y que nunca debía tomarse de forma literal
  • En la práctica, esa analogía no es más que un ejemplo ficticio creado para explicar cómo funcionaría la Hawking radiation, una metáfora exagerada para satisfacer a periodistas científicos

• Pregunta sobre una manera sencilla de entender por qué los cuerpos celestes masivos no emiten gravitational waves. Si un observador acelerado ve radiación térmica por el efecto Unruh, entonces al estar parado sobre un planeta y acelerado por la gravedad, ¿debería ver radiación Unruh?, y ¿qué relación tendría eso con la Hawking radiation?

  • Desde la perspectiva de una persona común, se señala que al estar parado sobre un planeta uno no está realmente acelerando; es el suelo el que te sostiene, así que mientras no estés en caída libre no hay una aceleración “real” en ese sentido

• Se menciona con humor que escribió un comentario parecido hace unos días. Advierte que el contenido del paper es absurdo y que a veces en los servidores de preprints se suben trabajos que no pasarían revisión por pares. Se subraya que los medios deberían ser cuidadosos con esto

  • Como el paper también salió en PRL, bromea con que quizá le habría servido para su carrera escribir algo parecido y mandarlo también
  • Independientemente de si el paper es malo o no, expresa preocupación por la actitud citada en la crítica de que “si hay un artículo sobre un hallazgo impactante, el periodista científico debe verificarlo con expertos”, porque con esa lógica en el pasado también se habría terminado creyendo a expertos que difundían errores como que la Tierra era plana o que el Sol giraba alrededor de la Tierra

• El problema que mostró esta controversia no es tanto que los autores originales fueran tontos, sino la realidad de que el conocimiento está dividido y disperso entre disciplinas. Si el objetivo es el avance del conocimiento de todos, esta fragmentación no parece deseable. Se señala un problema dentro de la academia relacionado con áreas afines

  • Se cuestiona si de verdad está tan fragmentado. La condición de “global timelike Killing vector” que aparece en el paper es algo básico en teoría cuántica de campos, y como los autores no eran totalmente ajenos al tema, al menos deberían haberla mencionado. No cree que los investigadores fueran malintencionados o tontos, pero sí imprudentes al sacar una conclusión tan impactante sin discutirla lo suficiente con expertos
  • En realidad, se piensa que la meta de la investigación es publicar papers de la forma más amplia y abierta posible, así que no sería una fragmentación “real” del conocimiento. Pero la mayoría de los investigadores tiende a guardar sus resultados hasta publicarlos como preprint, así que muchas veces nadie puede advertirles a tiempo que ya hay un problema fatal en su trabajo. Al final existen límites humanos: networking entre muchísimos investigadores, sobrecarga de insumos y feedback, etc. Se puede evitar que notas de prensa promocionales lleguen a los medios sin verificación, pero ese no sería el problema de fondo
  • Desde otro ángulo, existe la tendencia de que tanto los autores originales como los periodistas de divulgación no sepan exactamente dónde estuvo el error o no entiendan por qué una afirmación audaz no tiene sentido. Ese es un problema crónico y una razón por la que la discusión sigue sin cerrarse incluso después de dos años
  • El problema real no sería tanto la especialización dividida, sino la psicología del público, que disfruta la difusión y discusión de historias llamativas. Como las réplicas de expertos arruinan la diversión, mucha gente prefiere no escucharlas. En HN también hubo comentarios refutando el paper, pero mucha gente los ignoró por entretenimiento
  • El contenido del paper no se debe a “conocimiento fragmentado”, ya que todo está públicamente disponible en arXiv. El problema es que cualquiera puede equivocarse fácilmente fuera de su área. La esencia de la ciencia es justamente permitir la revisión de muchas personas y que la conclusión se ordene tras la controversia; desde esa mirada, aquí el sistema funcionó bien. Aun así, se reconoce que faltan mecanismos para filtrar ideas nuevas antes de que se empaqueten como noticia periodística

• Frente a la afirmación de que “sería realmente impactante si se violara la conservación del número bariónico”, se responde que más bien eso parece una consecuencia lógica discutida desde hace mucho en la Hawking radiation; algo que en su momento ya se tomó como impactante y que hoy se ve con más naturalidad. Puede haber errores en los cálculos de los autores, pero siente que algunas frases del blog se presentan como si fueran demasiado obvias y eso le resta credibilidad. Con citas de Wikipedia y de Daniel Harlow del MIT, se explica que la posible incompatibilidad entre la evaporación de agujeros negros y la conservación del número bariónico ya es algo bien conocido

  • Más que la escritura emocional, parece más agradable leer una crítica limpia con fórmulas y lógica, como la evaluación profesional del paper de PRL citada por John Carlos Baez. Allí se explica a nivel experto que las fórmulas del paper en realidad no son correctas en la aproximación de campo débil y que tampoco tratan adecuadamente los casos de creación de pares electromagnética o gravitacional
  • Ya hay muchos papers y libros de texto relacionados enlazados, y se expresa confianza en que John Baez es una persona con verdadera experiencia. El núcleo de la controversia es si realmente sería tan impactante afirmar que puede haber no conservación del número bariónico incluso sin agujeros negros
  • Se están intentando experimentos para medir violaciones de la conservación del número bariónico en la Tierra, sin agujeros negros, y hasta ahora no se ha detectado nada, lo que prueba que la vida media del protón es de al menos 2.4E34 años. Se menciona un artículo de Quantamagazine sobre esos experimentos y una discusión en HN
  • Se menciona que incluso dentro del modelo estándar existe, de manera no perturbativa, la no conservación del número bariónico
  • Sobre la incompatibilidad entre evaporación de agujeros negros y conservación del número bariónico, se enfatiza que en realidad también existen modelos de agujeros negros donde estos números cuánticos sí pueden conservarse. Se critica, siguiendo la opinión de Penrose, que repetir suposiciones no físicas (como un espacio-tiempo infinito, etc.) lleva a afirmaciones erróneas. En la ciencia popular suelen coexistir las frases “no pasa nada en el horizonte de sucesos de un agujero negro” y “un observador externo nunca verá realmente a la víctima caer dentro del agujero negro”, pero se señala lógicamente que dos observadores no pueden discrepar sobre hechos físicos en el mismo universo. Se sostiene que la única interpretación lógicamente consistente es un modelo donde nadie cruza jamás el horizonte de sucesos y todos los números cuánticos se conservan. También se propone una interpretación coherente desde la perspectiva de todos los observadores, incluyendo el fenómeno de aceleración de la evaporación del agujero negro

• Se destaca el interés por la suposición, en el paper de 1975 de Ashtekar y Magnon, de que “el espacio-tiempo es globalmente hiperbólico”. Se pregunta si hoy en día no sería más común suponer que el espacio-tiempo es globalmente plano

  • “Globalmente hiperbólico” se refiere a la estructura causal del espacio-tiempo; se sugiere consultar Wikipedia
  • La curvatura del espacio-tiempo y la curvatura del espacio son cosas distintas, y aunque una sección tridimensional pueda ser plana, el espacio-tiempo completo puede seguir siendo hiperbólico. La relatividad general no fija la curvatura espacial global, así que hasta ahora no hay evidencia especial al respecto

• Comparte la experiencia de haber visto casos donde se toma un cálculo simplificado como si fuera la realidad y se termina proponiendo una máquina de movimiento perpetuo

• Tanto el problema clásico como su forma actual ya se entienden, pero ahora lo importante es qué se puede hacer. La ciencia no debería ser un campo de desinformación, pero hoy no existe un sistema de defensa. Hay gente a la que le pagan por difundir falsedades, mientras que señalar que algo es falso no recibe recompensa, así que desde fuera las disputas dentro de la ciencia terminan pareciendo peleas políticas y eso daña la confianza en los científicos. Se plantea como un problema realmente serio

• Cita la enseñanza del reconocido investigador Eskil Simonsson: “las estrellas muertas también siguen brillando”