Considerando los reveses de la Teoría de las Cuerdas – Explicado

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Por Andrew Zimmerman Jones, Daniel Robbins

Debido a que la teoría de cuerdas ha hecho tan pocas predicciones específicas, es difícil refutarla, pero la teoría se ha quedado corta de algunas de las exageraciones sobre cómo será una teoría fundamental para explicar toda la física en nuestro universo, una “teoría del todo”. Este fracaso a la hora de alcanzar ese noble objetivo parece ser la base de muchos (si no de la mayoría) de los ataques en su contra.

Aquí hay tres temas que incluso la mayoría de los teóricos de cuerda no están particularmente contentos:

  • Debido a la supersimetría, la teoría de cuerdas requiere un gran número de partículas más allá de lo que los científicos han observado.
  • Esta nueva teoría de la gravedad fue incapaz de predecir la expansión acelerada del universo que fue detectada por los astrónomos.
  • Actualmente existe un gran número de soluciones de la teoría de cuerdas vacua, por lo que parece virtualmente imposible averiguar cuál podría describir nuestro universo.

Las siguientes secciones cubren estos dilemas con más detalle.

El universo no tiene suficientes partículas

Para que las matemáticas de la teoría de cuerdas funcionen, los físicos tienen que asumir una simetría en la naturaleza llamada supersimetría, que crea una correspondencia entre diferentes tipos de partículas. Un problema con esto es que en lugar de las 18 partículas fundamentales en el Modelo Estándar, la supersimetría requiere al menos 36 partículas fundamentales (lo que significa que la naturaleza permite 18 partículas que los científicos nunca han visto!).

En cierto modo, la teoría de cuerdas simplifica las cosas: los objetos fundamentales son las cuerdas y las ramas o, como predice la teoría matricial, las ramas de dimensión cero llamadas partones. Estas cuerdas, ramas o posiblemente partones forman las partículas que los físicos han observado (o las que esperan observar). Pero eso es a un nivel muy fundamental; desde un punto de vista práctico, la teoría de cuerdas duplica el número de partículas permitidas por la naturaleza de 18 a 36.

Uno de los mayores éxitos posibles de la teoría de cuerdas sería detectar experimentalmente estas partículas de socios supersimétricas que faltan. La esperanza de muchos físicos teóricos es que cuando el acelerador de partículas del Gran Colisionador de Hadrones en el CERN de Suiza entre en funcionamiento, detecte partículas supersimétricas.

Incluso si tiene éxito, la prueba de la supersimetría no prueba intrínsecamente la teoría de cuerdas, por lo que el debate continuaría, pero al menos se eliminaría una objeción importante. La supersimetría bien podría terminar siendo cierta, ya sea que la teoría de cuerdas en su conjunto describa o no con precisión la naturaleza.

Energía oscura: La teoría de cuerdas del descubrimiento debería haber predicho

Los astrónomos encontraron evidencia en 1998 de que la expansión del universo se estaba acelerando. Esta expansión acelerada es causada por la energía oscura que aparece tan a menudo en las noticias. La teoría de cuerdas no sólo no predijo la existencia de la energía oscura, sino que los intentos de usar las mejores teorías de la ciencia para calcular la cantidad de energía oscura dan como resultado un número que es mucho mayor que el observado por los astrónomos. La teoría fracasó absolutamente al principio en dar sentido a la energía oscura.

Afirmar esto como un defecto de la teoría de cuerdas es un poco más controvertido que los otros dos, pero hay algo de lógica (aunque cuestionable) detrás de ello. El objetivo de la teoría de cuerdas es nada menos que la reescritura completa de la ley gravitacional, por lo que no es irrazonable pensar que la teoría de cuerdas debería haber anticipado la energía oscura de alguna manera. Cuando Einstein construyó su teoría de la relatividad general, las matemáticas indicaron que el espacio podría estar expandiéndose (más tarde demostró ser cierto). Cuando Paul Dirac formuló una teoría cuántica del electrón, las matemáticas indicaron que existía una antipartícula (más tarde se demostró que existía realmente). Se puede esperar que una teoría profunda como la teoría de cuerdas ilumine nuevos hechos acerca de nuestro universo, no que sea ciega a los descubrimientos imprevistos.

Por supuesto, ninguna otra teoría anticipó una expansión acelerada del universo. Antes de la evidencia observacional (algunas de las cuales todavía son impugnadas), los cosmólogos (y los teóricos de las cuerdas) no tenían razón para asumir que la tasa de expansión del espacio estaba aumentando. Años después de que se descubriera la energía oscura, se demostró que la teoría de cuerdas podía modificarse para incluirla, lo que los teóricos de cuerdas consideran un éxito (aunque los críticos siguen insatisfechos).

¿De dónde vinieron todas estas teorías “fundamentales”?

Desafortunadamente, a medida que los teóricos de las cuerdas realizaban más investigación, tenían un problema creciente (con la intención de hacer un juego de palabras). En lugar de reducirse a un solo vacío (solución) que pudiera ser usado para explicar el universo, comenzó a parecer que había un número absurdamente grande de vacuums. Las esperanzas de algunos físicos de que una versión única y fundamental de la teoría de cuerdas caiga fuera de las matemáticas efectivamente disueltas.

En realidad, tal exageración rara vez se justificaba en primer lugar. En la relatividad general, por ejemplo, existe un número infinito de formas de resolver las ecuaciones, y el objetivo es encontrar soluciones que se ajusten a nuestro universo. Los teóricos de cuerdas demasiado ambiciosos (los que esperaban que un solo vacío cayera del cielo) pronto se dieron cuenta de que ellos también terminarían con un rico paisaje de la teoría de cuerdas, como Leonard Susskind llama el rango de posibles vacíos. El objetivo de la teoría de cuerdas se ha convertido desde entonces en averiguar qué conjunto de vacuas se aplica a nuestro universo.