Ana Alonso Serrano

Ana Alonso Serrano erforscht das Verhalten der Raumzeit in extremen Regionen — insbesondere in der Nähe von Singularitäten (wie bei Schwarzen Löchern), wo die klassische Gravitationstheorie zusammenbricht. Sie untersucht, wie die Raumzeit dort chaotisch wird und ihre mathematische Struktur verliert. Ziel ist es, die Grenzen unserer heutigen physikalischen Theorien zu verstehen und neue Ansätze zu entwickeln, um diese Extreme beschreibbar zu machen. Die Erkenntnisse sind fundamental für die theoretische Physik und könnten langfristig zu besseren Modellen der Quantengravitation führen.

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• Ab Initio: Die Raumzeit auf dem Weg zur Singularität

  Quelle ↗

  Unsere derzeitige Gravitationstheorie verliert ihre Vorhersagekraft, wenn man Regionen in der Nähe von Singularitäten betrachtet, in denen die Entwicklung der Raumzeit chaotisch wird und die Raumpunkte kausal voneinander getrennt sind. Dies führt zu einem Zusammenbruch der Theorie. Dieses chaotische und ultralokale Verhalten der Raumzeit wurde aus der asymptotischen Entwicklung der klassischen Gravitationslösungen in der Nähe von Singularitäten abgeleitet und bildet die so genannte BKL-Vermutung. Das Verständnis der Umgebung von Singularitäten ist entscheidend für die Entwicklung konsistenter kosmologischer Modelle. Dieses Projekt zielt darauf ab, eine angemessene Beschreibung des Verhaltens von Raumzeit und Feldern bei der Annäherung an klassische Singularitäten unter Berücksichtigung von Quantengravitationseffekten zu konstruieren, die in der Umgebung der Singularitäten dominant sein dürften. Um dieses Ziel zu erreichen, schlage ich zunächst eine vollständige und innovative Analyse des Verhaltens der Raumzeit in der Nähe von Singularitäten vor. Erstens plane ich, eine physikalische Skala für das Auftreten von Oszillationen und die kausale Trennung von Raumregionen zu etablieren, die noch unbekannt ist und eine Erweiterung für BKL-Effekte darstellt, die auch eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des gesamten BKL-Verhaltens spielen wird, wenn ich die Quantenmodifikation des Standardbildes herausfinde, die den Gültigkeitsbereich der klassischen BKL-Vermutung zeigt. Zweitens versuche ich, eine neue Ableitung der BKL-Vermutung im Lichte einer allgemeinen Beschreibung der Phänomenologie der Quantengravitation zu formulieren. Diese phänomenologische Methode basiert auf einer Ableitung, die ich im Rahmen der Thermodynamik der Raumzeit entwickelt habe und die zu einer phänomenologischen Quantengravitationsdynamik führt, die nicht nur von jedem Ansatz zur Quantengravitation wiedergefunden wird, sondern auch Einschränkungen für die Kandidatentheorien festlegt. Ausgehend von diesen Gleichungen plane ich, eine neue asymptotische Expansion der modifizierten Gravitationslösungen zu formulieren, aus der sich eine erweiterte BKL-Vermutung ableiten lässt. Diese neuartige, quantenmodifizierte Vermutung kann auch eine allgemeine Vermeidung von Singularitäten beweisen und den Kandidaten für Quantengravitationstheorien Beschränkungen auferlegen. Um die Ergebnisse zu vervollständigen, plane ich auch die Entwicklung eines numerischen Ansatzes, ähnlich dem, der für die klassische BKL-Vermutung entwickelt wurde und der das Auftreten von unerklärlichen Spitzen im klassischen Modell erklären kann.Dieses Projekt wird die Forschungslücke in Bezug auf die klassische BKL-Vermutung und Quanteneffekte in der Nähe der Singularität schließen, die Chaotizität und Ultralokalität der Raumzeit untersuchen und ein neues Fenster für die Lösung der aktuellen Rätsel in der Kosmologie und bei Modellen für Schwarze Löcher öffnen.

• From spacetime thermodynamics to Weyl transverse gravity

  2025

  Physical review. D/Physical review. D. · DOI

  There exist two consistent theories of self-interacting gravitons: general relativity and Weyl transverse gravity. The latter has the same classical solutions as general relativity but different local symmetries. We argue that Weyl transverse gravity also naturally arises from thermodynamic arguments. In particular, we show that thermodynamic equilibrium of local causal diamonds together with the strong equivalence principle encodes the gravitational dynamics of Weyl transverse gravity rather than general relativity. We obtain this result in a self-consistent way, verifying the validity of our initial assumptions, i.e., the proportionality between entropy and area and the different versions of the equivalence principle in Weyl transverse gravity. Furthermore, we extend the thermodynamic derivation of the equations of motion from Weyl transverse gravity to a class of modified theories of gravity with the same local symmetries. For this purpose, we employ the general expression for Wald entropy in such theories.

• Emergent Time and Time Travel in Quantum Physics

  2024

  Universe · DOI

  Entertaining the possibility of time travel will invariably challenge dearly-held concepts in fundamental physics. It becomes relatively easy to construct multiple logical contradictions using differing starting points from various well-established fields of physics. Sometimes, the interpretation is that only a full theory of quantum gravity will be able to settle these logical contradictions. Even then, it remains unclear if the multitude of problems could be overcome. Yet as definitive as this seems to the notion of time travel in physics, such recourse to quantum gravity comes with its own, long-standing challenge to most of these counter-arguments to time travel: These arguments rely on time, while quantum gravity is (in)famously stuck with the problem of time. One attempt to answer this problem within the canonical framework resulted in the Page–Wootters formalism, and its recent gauge-theoretic reinterpretation as an emergent notion of time. Herein, we will begin a program to study toy models implementing the Hamiltonian constraint in quantum theory, with an aim toward understanding what an emergent notion of time can tell us about the (im)possibility of time travel.