Esta es una pregunta muy difícil, porque los dos campos tienen diferentes tipos de consideraciones estéticas. En mi opinión sesgada, la teoría de la materia condensada es mucho más bella que la teoría de alta energía, excepto donde se superponen, y con la excepción de la teoría de cuerdas, que es la cosa más hermosa que los seres humanos han concebido.
La estética de la física de alta energía se debe a la belleza de las propias leyes, son una manifestación del orden del universo mismo y de cómo funciona. Las teorías allí intentan mucho dar un modelo perfecto del fenómeno, por lo que quieren incluir todo lo que hay. Cuando se incluye todo en la teoría, cualquier belleza en la teoría es una belleza de la cosa misma, no de su modelo.
El tema de la belleza de los modelos surge de una manera falsa en los primeros enfoques de las teorías de campo cuántico, donde había un fetiche del folklore de que la teoría más simple siempre era correcta. Por ejemplo, puede tomar un acoplamiento mínimo para la electrodinámica cuántica, o puede agregar un término de Pauli para darle al electrón un momento magnético diferente. El experimento muestra que no hay un término de Pauli, que también es lo que hace la ecuación más simple, por lo que Dirac pudo predecir el momento magnético del electrón a partir del principio de que la ecuación debería ser bonita, sin un término de Pauli extraño. El mismo razonamiento permitió a Einstein deducir las ecuaciones de la relatividad general, y Klein y Gordon deducir la ecuación escalar, y así sucesivamente.
Esta heurística en ese momento se consideraba una forma extrema de la navaja de afeitar de Occam (aunque una forma ridículamente estricta, ya que la segunda teoría más simple es tan buena en el sentido de la navaja de Occam como la más simple). La razón por la cual este fetiche funciona se entendió en la década de 1970, es una propiedad de la renormalización. En la renormalización, incluso si pones un término de Pauli, a bajas energías, desaparece. Lo mismo para las correcciones a la relatividad general, o para la teoría de Yang-Mills. Por lo tanto, es la renormalización lo que exige que las ecuaciones de la teoría de campo sean “simples”, y lo hace a través de la escala.
En la teoría moderna de la gravedad, está claro que todos los términos no renormalizables aparecen en la escala de la cuerda (o la escala de gravedad cuántica), y simplemente son suprimidos por la distancia entre la escala de energía de la gravedad y la escala de energía de nuestro Partículas elementales, casi 20 órdenes de magnitud. Las pequeñas correcciones dan teorías próximas a las más bonitas, como incluir una masa de neutrinos en el modelo estándar o una cierta cantidad de descomposición de protones. Entonces, este tipo de razonamiento estético ahora se ve como una especie de misticismo embarazoso en los físicos de principios del siglo XX: ¡pensaron que “debe ser la ecuación más simple”! en lugar de preguntar qué principio exige que se supriman los términos de orden superior. Esto no fue realmente su culpa, los principios de la navaja de afeitar y la renormalización de Occam coincidieron en este caso.
Pero esta navaja de Occam demasiado radical falla para el modelo estándar. El modelo más simple de las interacciones electro-débiles en el modelo SU (2) de Schwinger. El modelo Glashow-Weinberg-Salam es el siguiente más simple, tiene una U adicional (1). Pero es la teoría correcta.
Del mismo modo, el GUT más simple es probablemente SO (10), pero el GUT correcto podría ser SU (5) o E6, o SU (5) xU (1) con algún cambio, o tal vez incluso (horror) el SU Pati-Salam ( 4) xSU (4). No podemos decir con certeza, porque no conocemos nuestro vacío de cuerda. Sin embargo, es uno de estos, casi seguramente, porque estas posibilidades se seleccionan mediante el uso adecuado de la navaja de afeitar de Occam. Aunque también podría fallar en la unificación, el grupo podría ser SU (3) xSU (2) xU (1) hasta la escala de la cadena, aunque esto parece poco probable teniendo en cuenta que los patrones de ruptura funcionan bien, los acoplamientos se unifican aproximadamente , y todos los grandes grupos unificados se han incrustado en construcciones de teoría de cuerdas semi-realistas.
La belleza moderna de la teoría ahora se reemplaza por el principio de unicidad e integridad, la propiedad no deformable de la teoría de cuerdas de que no se pueden agregar cosas nuevas sin destruir la teoría. La idea holográfica exige este principio, la consistencia de reconstruir un espacio-tiempo a partir de una teoría del volumen mundial exige una forma muy específica para la teoría. Las teorías “más simples” de este tipo son increíblemente supersimétricas y no se parecen a nuestro universo, pero algunos de los siguientes modelos más simples funcionan bien y describen universos similares al nuestro. Nuestras teorías de campo cuántico son solo la descripción fenomenológica del vacío de cuerdas a bajas energías, y son una especie de teoría de la materia condensada en relación con la teoría de cuerdas, que es una teoría fundamental.
Los criterios de consistencia holográfica, junto con la unicidad, la no deformabilidad, etc., realmente forman la estética de la teoría de cuerdas. Pero la estética es secundaria aquí, realmente no tienes otra opción. Una vez que acepta el principio holográfico, que se deriva de caminos deductivos bastante sólidos de las teorías aceptadas, se ve realmente obligado a aceptar la teoría de cuerdas, o algo muy parecido, como la descripción correcta.
En el sistema de materia condensada, es un problema completamente diferente. Conoces las leyes fundamentales y estás tratando de entender un fenómeno que ves en el laboratorio o predecir un nuevo fenómeno. En este caso, la belleza no proviene de lo que pones, sino de lo que dejas afuera.
Los modelos de física de la materia condensada están construidos para eliminar la mayor cantidad posible de basura irrelevante, y para dejar solo las cosas que le interesan. En este sentido, son idealizaciones matemáticas del fenómeno, que le dan la mejor idea de lo que está dando el efecto.
Por ejemplo, tome el modelo de magnetismo de Ising. Solo deja una dirección de giro de electrones, y elimina todos los aspectos cuánticos, excepto la discreción. Incluye solo las fuerzas de alineación del vecino más cercano, estas son un sustituto de cualquier colección de fuerzas locales, y luego muestra cómo puede emerger la transición de fase magnética.
Lo hermoso aquí es que los mismos principios de renormalización que hacen que las teorías de alta energía sean bonitas también hacen que las teorías de transición de fase sean bonitas de la misma manera, y muestran que el modelo Ising es un buen modelo para el comportamiento crítico en cualquier sistema con Una transición de fase unidimensional. Esta idea es de la década de 1970, y está asociada con los nombres de Kadanoff, Fisher, Wilson.
Del mismo modo, cada modelo de materia condensada es hermoso por lo que deja de lado en lugar de lo que pone. El modelo Anderson de un metal desordenado deja solo un potencial aleatorio y un salto de electrones de átomo a átomo. Los modelos de unión estrecha omiten los orbitales electrónicos y solo dejan un salto de electrones en una red. El modelo Pieirls para ondas de densidad de carga omite todas las dimensiones del espacio y explica el fenómeno de la condensación de fonones. La teoría de la superconductividad de Landau omite todo excepto el comportamiento de un condensado cargado.
Los modelos de física de la materia condensada no permanecen en la materia condensada, regresan e infectan la física de alta energía. El mecanismo de Higgs era una versión relativista del modelo de superconductividad de Landau. El condensado de quark de la física de piones era una versión sin carga eléctrica del condensado de Bardeen-Cooper-Schriefer responsable de la superconductividad real en los materiales. Las transiciones de fase del universo primitivo fueron respaldadas por el trabajo inspirado en la renormalización sobre transiciones de fase en materia condensada. Los dos campos están completamente entrelazados de esta manera. Es solo la teoría de cuerdas que distingue la alta energía, porque no tiene análogos reales de materia condensada, aunque eso no es del todo cierto, ya que los campos topológicos del efecto de sala cuántica fraccional son similares en su relación límite-volumen, y hay análogos de El efecto hall cuántico en la física de branes, según lo descrito por Susskind y Hellerman a fines de la década de 1990.
Pero debido a que la materia condensada deja las cosas fuera, los modelos son construcciones matemáticas que requieren ingenio humano, llevan el sello de su creador humano. El modelo de Fe4man de He4, el modelo de repulsión del disco duro, y su ansia por el estado fundamental, llevan la marca de su pensamiento integral del camino, y nadie más lo hubiera hecho de la misma manera. Los modelos de física estadística, como el modelo de pila de arena o el modelo de incendio forestal, llevan las huellas digitales de Per-Bak, al igual que los autómatas celulares de Wolfram o las réplicas de Parisi. Esto no significa que sean menos hermosos, son hermosos de la misma manera que el David de Miguel Ángel es hermoso, son hermosos como obras de arte con una aplicación: son pinturas impresionistas de un fenómeno físico.
Debido a esto, creo que los modelos de materia condensada son más hermosos, porque muestran un alto nivel de arte humano. La física de alta energía está más restringida, al menos cuando trata de describir todo con precisión. Cuando trata de comprender fenómenos particulares de partículas, como el confinamiento de quark o la dispersión difractiva, se vuelve tan humano y artesanal como la materia condensada. Estas cosas de fenómenos especiales llevan las huellas digitales de sus creadores. El modelo Lee es de Lee, el cálculo Reggeon es de Gribov, el modelo parton es Feynman, el método de Shifman Vainshtein Zakharov es Shifman, Vainshtein y Zakharov. La teoría de la cuerda topológica es la de quien sea (¿Vafa? ¿Witten?). Estas cosas de alta energía son construcciones humanas de gran belleza también. Pero creo que la materia condensada tiene más de estos, simplemente porque hay más personas involucradas y tienen más experimentos para inspirarlos.
Por el contrario, la teoría de cuerdas no tiene huellas dactilares humanas, la teoría está determinada de manera única, y habría salido prácticamente igual sin importar lo que hiciera alguien. Pero esto no significa que los creadores merezcan menos crédito. Creo que significa que se merecen aún más.
