¿Qué significa la afirmación de que la teoría de cuerdas es tan comprobable como la teoría de campo cuántico?

Analicemos y expliquemos qué se puede y no se puede hacer a partir de hoy en la teoría de cuerdas.

Hay aproximadamente [matemáticas] 10 ^ {500} [/ matemáticas] diferentes tipos de teorías de cuerdas. Actualmente se desconoce cuál (si alguna) de estas teorías de cuerdas corresponde a la que se realiza por naturaleza. Sin embargo, cada una de estas teorías hace predicciones bastante distintas sobre el resultado de ciertos experimentos. Por lo tanto, para determinar cuál de estas increíblemente grandes teorías de cuerdas es la teoría de cuerdas “real”, uno simplemente necesita eliminarlas una por una haciendo los experimentos hasta que llegue a la correcta. Por supuesto, es posible que ninguno de estos sea correcto y que la teoría real de la naturaleza sea algo completamente diferente. De todos modos, el punto es, correcto o no, hay experimentos que uno podría realizar teóricamente que nos diría de una vez por todas si la teoría de cuerdas es la respuesta correcta. Esto es lo que creo que significa decir “la teoría de cuerdas es tan comprobable como la teoría de campo cuántico”.

Ahora, vamos al problema. En la teoría de campo cuántico, los experimentos que uno necesita realizar son los que están sucediendo mientras hablamos en muchos laboratorios de todo el mundo, por ejemplo, CERN, FermiLab, etc. Todos estos han demostrado de manera concluyente que el Modelo Estándar de Física de Partículas es correcto. a las escalas de energía que se han explorado hasta ahora (que es de alrededor de 7 TeV con el LHC. Tenga en cuenta que el LHC está funcionando actualmente a energías de 14 TeV, pero no todos los resultados se han compilado todavía). Sin embargo, las energías superiores a 14 Los TeV aún no se han explorado por completo y es completamente posible que haya una nueva física en estas escalas de energía más altas de la que nuestros experimentos actuales son completamente ajenos. Aquí es donde la teoría de cuerdas entra potencialmente con nuevas predicciones que difieren de las del modelo estándar que luego se pueden usar para distinguir entre los dos. Sin embargo, es un hecho desafortunado que las escalas de energía que uno necesitaría investigar para verificar verdaderamente los microscopios de la teoría de cuerdas es extremadamente extremadamente alta. Es probable que estas escalas de energía sean inalcanzables para cualquier máquina artificial en el futuro cercano (probablemente incluso a largo plazo, pero quiero mantener una mente abierta sobre las posibilidades). Por lo tanto, aunque en teoría la teoría de cuerdas es comprobable, la prueba directa es prácticamente imposible.

¿Qué significa esto para la teoría de cuerdas? ¿Deberíamos abandonarlo porque no tenemos esperanza de probarlo? ¡No! Hay varias pruebas indirectas que uno podría hacer para ganar confianza en la verdad (o falsedad) de la teoría de cuerdas, una de ellas es la búsqueda de la supersimetría, cuyo destino muchos físicos creen que está a la vuelta de la esquina.

De todos modos, en resumen , la afirmación a la que te refieres probablemente debe entenderse como “la teoría de cuerdas es teóricamente tan comprobable como la teoría de campo cuántico, pero no prácticamente”.

PD: muchas (no la mayoría) de las teorías de cadenas [matemáticas] 10 ^ {500} [/ matemáticas] pueden descartarse por completo, ya que hay pruebas extremadamente sencillas que uno puede hacer para eliminarlas. Una completamente obvia es tomar el modelo de una teoría de cuerdas en 10 dimensiones planas. Una de las predicciones de tales teorías de cuerdas es que hay 10 dimensiones macroscópicas. Esto sabemos que no es cierto (solo hay dimensiones macroscópicas 3 + 1) y, por lo tanto, se pueden eliminar. Para las teorías de cuerdas más complicadas (como las teorías de cuerdas en espacios compactos de Calabi-Yau), una vez deben hacer experimentos mucho más complicados para probarlas, pero el punto es que, en teoría, ¡se puede hacer!

¿Qué significa la afirmación de que la teoría de cuerdas es tan comprobable como la teoría de campo cuántico?

La afirmación se refiere a la diferencia entre las teorías y los modelos construidos a partir de tales teorías. Por ejemplo, la teoría del campo cuántico en sí misma no produce predicciones. Solo los modelos que construimos utilizando el marco de la teoría cuántica de campos, como QED, QCD y, por supuesto, el Modelo Estándar, son los que realmente producen predicciones.

En la teoría de campos cuánticos tenemos diferentes tipos de campos que podemos mezclar y combinar con los parámetros e interacciones apropiados para crear un modelo. Por ejemplo, en QED tenemos un campo de calibre (el fotón) y un campo de Dirac (el electrón), y dos parámetros: el acoplamiento para la interacción entre los campos (también conocido como la carga eléctrica) y la masa del electrón.

Una vez que hemos construido este modelo, podemos ir y probar esa combinación particular de campos y ver si coincide con la realidad o no. Esto significa que el modelo es comprobable, pero si probamos o falsificamos el modelo, no significa que la teoría cuántica del campo en sí haya sido probada o falsificada; solo el modelo particular llamado QED.

En la teoría de cuerdas, por otro lado, no hay parámetros libres, por lo que realmente no puede construir modelos de esta manera. Sin embargo, hay una solución alternativa. En lugar de especificar parámetros, podemos mirar (en términos generales) diferentes soluciones a las ecuaciones de la teoría de cuerdas. El espacio de soluciones se llama “paisaje de cuerdas” y el número de soluciones posibles es prácticamente infinito.

Curiosamente, cada solución de la teoría de cuerdas corresponderá, a bajas energías, a una combinación de campos y parámetros, por lo que en realidad obtenemos un modelo en el lenguaje de QFT. Las energías bajas son las energías que podemos (en principio) alcanzar en un experimento, por lo que esta es la única información relevante para fines de prueba.

La gran pregunta es, por supuesto, si el Modelo Estándar está en algún lugar del “panorama de cuerdas”. En otras palabras, ¿existen soluciones que, en las energías más bajas, correspondan exactamente a los campos y parámetros del Modelo Estándar, con nuevos campos y parámetros introducidos solo a energías más altas que aún no hemos podido probar.

En principio, si alguien pudiera probar que el Modelo Estándar no está en el paisaje, esto falsificaría la teoría de cuerdas. Sin embargo, es muy probable que el Modelo Estándar sea, de hecho, parte de un conjunto muy amplio de soluciones. Por lo tanto, no podemos falsificar la teoría de cuerdas directamente de esta manera, pero ¿podemos usarla para generar predicciones que luego nos permitirán falsificarla? ?

El problema aquí es que cada solución que incluye el Modelo Estándar también incluye nuevas predicciones a energías más altas, y esas nuevas predicciones son diferentes para cada solución. Entonces, al probar estas nuevas predicciones, solo podemos falsificar una solución específica, no la teoría de cuerdas en sí.

El argumento aquí es, por lo tanto, que aunque elegir una solución específica en el paisaje de cuerdas solo nos permitiría probar esa solución específica y no la teoría de cuerdas en sí, el caso con la teoría de campo cuántico es similar en que elegir un modelo específico basado en el campo cuántico La teoría, como QED, solo nos permitirá probar ese modelo específico y no la teoría del campo cuántico en sí.

Es difícil decir qué pretende esta declaración, ya que es una declaración falsa. La teoría del campo cuántico produce predicciones con resultados observables y condujo al descubrimiento de los bosones de Higgs, entre otras cosas. La teoría de cuerdas no hace tales predicciones.