¿Cuál es el estado actual de la censura cósmica?

Proporcionaré una respuesta a mi propia pregunta, pero estoy realmente interesado en ver si otros tienen información mejor o diferente de la que he podido obtener mediante búsquedas semialeatorias a través de la voluminosa literatura.

La impresión general que tengo es que la censura cósmica (CC) parece muerta. La situación parece ser un poco como la de la inteligencia artificial, donde las personas siguieron redefiniendo la IA a lo largo de los años para que una vez que se resolviera un problema, ya no se considerara una IA "real". Con el paso de los 40 años, han aparecido más y más contraejemplos, y para mantener a CC en soporte vital ha sido necesario agregar supuestos cada vez más estrictos.

En general, una definición significativa de lo que significa violar la censura cósmica débil probablemente debería incluir algo como los siguientes ingredientes.

1. Las condiciones iniciales no ponen a disposición una cantidad infinita de energía dentro de una región finita.
2. Las condiciones iniciales no contienen singularidades.
3. Las geodésicas similares a la luz incompletas pueden llegar a un observador distante.
4. Tal violación todavía ocurre si imponemos pequeñas perturbaciones en los datos iniciales.
5. Las formas de la materia son físicamente realistas.

Si no imponemos algo como la condición 1, entonces podemos establecer condiciones iniciales que no tienen interés porque no son realistas. Por esta razón, se suele estudiar espaciotiempos que son asintóticamente planos. También puede ser necesario imponer el requisito de que los campos de materia disminuyan a cierta velocidad a medida que avanzamos hacia el infinito. La condición 2 expresa la idea de que cualquier singularidad que ocurra debería ser una nueva formada por colapso gravitacional. Por lo general, también se supone que inicialmente no se ha formado ninguna superficie atrapada. La violación de la censura se expresa mediante la condición 3. Si se omite la 4, entonces se conocen claros contraejemplos a la censura. Sin embargo, no se sabe si existe una forma apropiadamente rigurosa de definir "pequeñas perturbaciones" aquí. (En términos técnicos, no tenemos ninguna topología o medida definida sobre el conjunto de todas las condiciones iniciales posibles. En el trabajo real hasta la fecha, las personas han seleccionado algún conjunto de posibles condiciones iniciales, descritas por una pequeña cantidad de parámetros ajustables, y luego han tratado de probar la condición 4 usando una topología aparentemente natural y una medida definida en el espacio de esos parámetros). Realista Se espera que los campos de materia, 5, por ejemplo, satisfagan ciertas condiciones de energía.

Debido a que la censura cósmica débil parece violarse si se describe mediante estas cinco condiciones (ver, por ejemplo, Joshi 2014), la gente ha comenzado a buscar condiciones adicionales que puedan salvar la conjetura.

Wald (1997) sugiere agregar un requisito de que los tipos de materia se restrinjan aún más a aquellos que tengan la propiedad de que si la métrica es fija, en lugar de dinámica como en la relatividad general, entonces no ocurren singularidades. Esto me parece una condición demasiado fuerte, ya que descarta algunas formas de materia que pueden existir realmente en el colapso astrofísico y, en cualquier caso, hay indicios de que no es suficiente. (Hay algunos comentarios sobre esto en el video seminario de Duffy 2011.)

Otra propuesta va en la siguiente línea. Cuando ocurre una singularidad desnuda, entonces tenemos una región del espacio-tiempo para la cual la singularidad está dentro del cono de luz pasado. La superficie similar a la luz que constituye el límite de esta región se denomina horizonte de Cauchy. Un observador que pasa más allá del horizonte de Cauchy puede observar información arbitraria, es decir, fenómenos no predichos por ninguna ley de la física e infinitos flujos de energía. Sin embargo, Penrose ha señalado que, en ciertos casos ilustrativos, existe una tendencia a que la energía de todo el espacio-tiempo anterior a la singularidad se centre en el horizonte de Cauchy. El resultado podría ser entonces que dicho observador se destruye al pasar por el horizonte de Cauchy. En otras palabras, el horizonte de Cauchy se convierte en realidad en una singularidad. La gente se ha esforzado mucho en comprobar que este mecanismo preserva CC en ciertos casos tratables analíticamente (Duffy 2011). Sin embargo, el mecanismo parece fallar para un espacio-tiempo con una constante cosmológica positiva, que es lo que realmente tenemos en nuestro universo.

Me parece que todas las defensas se están desmoronando. Incluso ha habido cierta discusión sobre la posibilidad de salir y observar singularidades desnudas (Joshi 2013, Kong 2013, Ortiz 2014).

Algunas monografías bastante recientes y artículos pedagógicos o de revisión sobre este tema son Harada 2001, Christodoulou 2008, Klainerman 2008, Joshi 2011, Isenberg 2015 y Baez 2016. Algunos de estos son mucho más especializados de lo que sugieren sus títulos. Encontré Joshi 2011 útil, pero su tratamiento de muchos temas es matemáticamente superficial, y debes leerlo teniendo en cuenta que Joshi es un halcón anti-CC de línea dura.

Referencias

Báez, "Luchas con el Continuum", 2016, https://arxiv.org/abs/1609.01421

Christodoulou, "La formación de agujeros negros en la relatividad general", 2008, https://arxiv.org/abs/0805.3880

Duffy y Nolan, 2011, https://arxiv.org/abs/1108.1103 . También hay un video de Nolan dando un seminario sobre este trabajo en http://pirsa.org/11040078 .

Harada, "Procesos físicos en la formación de singularidades desnudas", 2001, https://arxiv.org/abs/gr-qc/0204008

James Isenberg, "Sobre la fuerte censura cósmica", 2015, https://arxiv.org/abs/1505.06390

Joshi y Malafarina, "Desarrollos recientes en el colapso gravitacional y las singularidades del espacio-tiempo", 2011, https://arxiv.org/abs/1201.3660

Joshi et al., "Distinguir agujeros negros de singularidades desnudas a través de sus propiedades de disco de acreción", 2013, http://arxiv.org/abs/1304.7331

Joshi y Malafarina, "Todos los agujeros negros en el polvo no homogéneo de Lemaitre-Tolman-Bondi colapsan", 2014, https://arxiv.org/abs/1405.1146

Klainerman, "Censura cósmica y otros grandes desafíos matemáticos de la relatividad general", https://web.math.princeton.edu/~seri/homepage/papers/BE2008.pdf

Kong, Malafarina y Bambi, "¿Podemos probar por observación la conjetura de la censura cósmica débil?", 2013, https://arxiv.org/abs/1310.8376

Ortiz, "Distinción observacional entre agujeros negros y singularidades desnudas: el papel de la función de corrimiento al rojo", 2013, http://arxiv.org/abs/1401.4227

Penrose, "La cuestión de la censura cósmica", J. Astrophys. Astr. (1999) 20, 233–248; http://www.ias.ac.in/jarch/jaa/20/233-248.pdf

Wald, "Colapso gravitacional y censura cósmica", 1997, http://arxiv.org/abs/gr-qc/9710068