Esta es una gran pregunta, porque invita a explicaciones que pueden ayudar a los no físicos a comprender lo que hacemos los físicos.
Permítanme comenzar fingiendo que a la pregunta le faltan las palabras “absolutamente perfecto” y “de todo”:
¿Qué pasa si un físico teórico crea una teoría, solo para ser desacreditado por un físico experimental la próxima semana?
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La respuesta es que en realidad no sucede muy a menudo. Permítanme dividir los experimentos y las teorías en dos tipos, respectivamente.
Hay dos tipos de experimentos: experimentos baratos y costosos . Los experimentos baratos le permiten recopilar muchos datos con equipos relativamente bien entendidos y luego examinarlos más tarde para tratar de confirmar las teorías. Los experimentos costosos, por otro lado, deben diseñarse a medida para los fines en mente, a menudo requieren una calibración extensiva o instrumentos a medida o simplemente altas energías.
Y hay dos tipos de teorías: teorías de muchos parámetros y teorías de pocos parámetros . Algunas teorías tienen muchas “perillas” para girar: por ejemplo, si decide qué tan rápido se filtra el gas a través de una malla, necesita saber: qué tan bien se difunde el gas, qué tan grandes son los agujeros de la malla, qué tan bien están conectados , y así. Y algunas teorías tienen muy pocos “mandos”: por ejemplo, F = ma tiene cero parámetros ajustables (aparte de quizás la elección de unidades). Es muy fácil escribir una teoría con muchos parámetros para explicar un conjunto limitado de datos; Es muy difícil escribir una teoría con solo unos pocos parámetros ajustables para explicar una amplia gama de datos.
Para hacerlo concreto, considere las siguientes tres formas de ajustar un conjunto de datos experimentales:
En el gráfico superior izquierdo, se explica un conjunto de datos utilizando solo dos parámetros (una línea recta tiene pendiente e intercepción); en la esquina superior derecha, se usan tres parámetros; en la parte inferior izquierda, cuatro parámetros. Cuantos más parámetros use, mejor se ajustarán sus datos, pero más posibilidades tendrá de considerar cosas que no deberían considerarse, o incluir factores muy específicos, lo que significa que su modelo no puede extenderse fácilmente situación diferente; Además, cuantos más parámetros haya en un modelo, más trabajo tendrá que calcular las predicciones, lo que hace que el modelo sea computacionalmente costoso.
Entonces, ¿podría un físico teórico escribir una teoría que haya sido refutada por un físico experimental dentro de una semana? ¡Seguro! Lo hago todo el tiempo. Sin embargo, mis experimentos son relativamente baratos. (Soy un físico computacional, y mi único recurso es el tiempo de computadora y experimentador; mis costos principales son simplemente el costo de oportunidad de pasar tiempo simulando el sistema X en lugar de Y.) Mis teorías, en esta etapa, son bastante especializadas, y es Es muy fácil escribir una teoría de muchos parámetros para explicar mis datos.
Pero cada vez que trato de escribir una teoría de pocos parámetros, la mayoría de las veces, mis teorías se ajustan muy mal a los datos. (Piense en cómo el ajuste de la línea recta obviamente no era muy bueno para los datos experimentales, en el ejemplo anterior). La pregunta es entonces si las teorías de muchos parámetros son lo suficientemente precisas como para justificar ser torpes . A menudo, no lo son. ¡Por eso no soy muy buen físico!
Ahora, ¿podría un físico teórico crear una teoría de todo lo que un físico experimental puede desacreditar en una semana? La respuesta es claramente “no”.
La razón es que, en relación con la cantidad de datos que tenemos, cualquier buena teoría será una teoría de pocos parámetros. Ya tenemos muchas mediciones de las características de las partículas elementales, para muchas cifras significativas; También tenemos petabytes de datos en bruto de colisiones de física de partículas. Simplemente escribiendo una teoría que sea consistente con: relatividad especial; Teoría cuántica; las masas, cargas y espines medidos (por lo tanto, proporciones giromagnéticas) de protones, neutrones, electrones, muones y neutrinos, por no hablar de los bariones de mayor energía; y luego sus secciones transversales de interacción (con qué frecuencia X reacciona con Y para crear A, B y C) … es increíblemente difícil.
Y no olvide que el modelo estándar ya hace todo esto con solo veinte parámetros . (A modo de comparación, algunos de mis modelos necesitan cinco o seis parámetros, y eso es solo para explicar un conjunto muy especializado de fenómenos en física de polímeros).
Una buena teoría, por lo tanto, tendrá que ser comparada con una tonelada de datos ya disponibles. Digamos que aparece uno. ¿Entonces que? Lo más probable es que los experimentos que puedan comparar esa teoría con sus alternativas sean experimentos costosos . Cualquier teoría remotamente elegible tendrá predicciones idénticas al Modelo Estándar (dado que ya funciona realmente bien), y solo divergirán después de eso, y solo el Modelo Estándar ya ha pasado pruebas estrictas hasta el nivel de tera-electrón voltio (TeV) .
Por lo tanto, una nueva teoría tendrá que ser probada a energías TeV o superiores. Dichas energías requieren consorcios multinacionales para construir enormes instalaciones como el Gran Colisionador de Hadrones. Francamente, una instalación tan costosa, motivada por una teoría con incluso un 1% de probabilidad de ser refutada en una semana, nunca se construiría , al menos no con el propósito de probar esa nueva teoría. (Podría construirse con el propósito de probar el Modelo Estándar, por supuesto, pero entonces no necesitamos la nueva teoría, ¿verdad?)
Como tal, la respuesta definitiva a la pregunta formulada es no . O bien, una nueva teoría de todo es lo suficientemente fuerte y robusta como para requerir una inversión inmensa para confirmar, de modo que casi no hay posibilidad de que sea refutada (o, de ser así, será refutada de una manera muy interesante); o no es tan robusto, en cuyo caso simplemente no es una teoría tan buena, y nunca se probará experimentalmente.
