Esa es la gran pregunta!
Originalmente, la teoría de cuerdas se consideraba como una teoría para describir la fuerza nuclear fuerte. Cayó en desgracia cuando apareció la cromodinámica cuántica y demostró proporcionar una excelente descripción de esta historia; Una descripción que ha sobrevivido hoy.
Algún tiempo después se dio cuenta de que una teoría cuántica de cadenas cerradas describe los gravitones. En la teoría de cuerdas (cuánticas), los estados excitados de las cuerdas (que se consideran versiones cuánticas de los modos de vibración de una cuerda) se ven exactamente como partículas mecánicas cuánticas, con una masa determinada por la magnitud de la excitación. Para las cuerdas cerradas (que uno puede pensar como meneando bucles cerrados), sus avatares cuánticos contienen un estado excitado que no tiene masa y tiene un momento angular intrínseco (espín) igual a 2. Esto identifica el estado como un gravitón.
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Los gravitones no son fundamentales para la gravedad cuántica, porque la teoría completa de los gravitones * no tiene poder predictivo a muy altas energías. Sin embargo, la teoría de los gravitones es una descripción aproximada de la gravedad cuántica a bajas energías, y en cualquier caso la aparición de gravitones en la teoría de cuerdas ya es una sugerencia muy poderosa de que la teoría de cuerdas es una teoría de la gravedad cuántica.
Sorprendentemente, las cadenas abiertas (cadenas con puntos finales abiertos) contienen de manera similar una excitación sin masa que se ve exactamente como las partículas portadoras de fuerza del modelo estándar. La esperanza es que la teoría de cuerdas no solo pueda proporcionar una posible solución al problema de Einstein de conciliar la relatividad general (GR) con la mecánica cuántica (QM), sino que también describa cómo unir todas las interacciones en la naturaleza dentro de un solo marco. ¡Todo esto es bastante emocionante, allá por los años 70!
Entonces, ¿qué más tenemos de esto? En realidad, tenemos mucho de la teoría de cuerdas por un esfuerzo relativamente pequeño (en términos de requerir nuevos postulados físicos) y mucha evidencia de que apunta en la dirección correcta con respecto a su pregunta. Para empezar, uno puede derivar las ecuaciones de relatividad general de Einstein de la teoría de cuerdas al considerar cómo el acoplamiento físico de cuerdas (que describe la magnitud de sus interacciones) cambia con la escala de energía. Esto sugiere fuertemente que la teoría de cuerdas es una teoría cuántica que también describe la gravedad según Einstein. Otro resultado magnífico es que puedes derivar la entropía del agujero negro en la teoría de cuerdas (haciendo cosas elegantes con D-branes en teorías supersimétricas). Esta es una restricción increíblemente fuerte que cualquier teoría candidata de la gravedad cuántica debe satisfacer, de acuerdo con los cálculos de Bekenstein & Hawking de la entropía del agujero negro, ¡así que es increíble que la teoría de cuerdas pueda hacer esto! Sin embargo , debe afirmarse que este resultado no se extiende a los agujeros negros no supersimétricos que vemos en la naturaleza .
Tener una teoría de la gravedad cuántica está muy bien, ¡pero tener una teoría de la gravedad cuántica que describa cómo GR y QM se reconcilian en la naturaleza es otra! Hay muchos problemas que enfrenta la teoría de cuerdas a este respecto. Una de las más serias es que (hasta donde yo sé) toda teoría de cuerdas viable requiere que la supersimetría sea verdadera (al menos a energías muy altas) . Hasta ahora, una creciente cantidad de evidencia sugiere que la supersimetría no es verdadera en la naturaleza, lo que podría ser un golpe mortal para la teoría de cuerdas tal como la entendemos. Otro problema es que nadie sabe (todavía) exactamente cómo obtener la teoría de cuerdas para reproducir el contenido exacto del modelo estándar de física de partículas (SM). Sabemos cómo sacar esto de la teoría de cuerdas (haciendo un apilamiento elegante de D-branes), pero nadie ha encontrado exactamente la forma correcta de hacerlo para obtener exactamente el SM (al menos sin otra basura que no tenemos observado). Un problema más filosófico es que actualmente no existe una formulación de la teoría de cuerdas que sea consistente con la idea básica de GR de que las leyes de la física no dependen de una elección de coordenadas, el llamado principio de covarianza general. Eso no quiere decir que tal formulación de la teoría de cuerdas no exista, pero que nadie la ha encontrado, y es algo que cualquier teoría de la gravedad cuántica debería poder hacer.
Resumir. Hay una gran cantidad de evidencia que sugiere que la teoría de cuerdas puede conciliar GR con QM, pero si eso es así o no en la naturaleza parece más tenue.
* Por “teoría de gravitones”, me refiero a la teoría que obtienes cuando tomas GR, equipara la métrica a un valor de fondo más una fluctuación para que obtengas una teoría de campo cuántico (de aspecto normal) de campos sin masa, gira 2 en el fondo fijo. Son las excitaciones cuánticas de esta fluctuación las que son precisamente el espín 2, partículas sin masa llamadas gravitones. La teoría tiene autointeracciones horriblemente no lineales (provenientes de las ecuaciones de campo de Einstein), pero el peor problema es que la constante de acoplamiento gravitacional es dimensional, ¡lo que hace que la teoría no sea renormalizable! Esto básicamente significa que esta teoría no tiene poder predictivo a altas energías, y en el mejor de los casos es solo una descripción efectiva de la gravedad cuántica a bajas energías. Basta decir que los gravitones en este sentido parecen ser meramente artefactos de cómo la gravedad cuántica mira las energías bajas, en oposición a algo fundamental para ella. Hay grados efectivos de libertad solo a bajas energías.
