¡Aún increíblemente especulativo, todavía es un área de investigación animada y fructífera, aún se cree que es nuestra mejor teoría candidata de la gravedad cuántica, todavía está llena de problemas abiertos y sigue siendo deliciosamente misteriosa para la población en general!
Para quizás la mejor visión general del progreso de las cadenas, ¡uno puede echar un vistazo a la Conferencia anual de Cuerdas! (los procedimientos están filmados) Yo no soy un teórico de cuerdas (aunque lo que hice fue, en cierto sentido, generado por la teoría de cuerdas), pero sé sobre ciertas deficiencias que tiene, y que aparentemente todavía tiene, ¡Así que hablaré sobre algunos, en mi opinión, los más importantes!
Supersimetría:
- ¿El experimento de la doble rendija sugiere que hay una inteligencia oculta en el extremo de la partícula o en el observador?
- ¿Existe la masa como una propiedad distintiva o es solo otra medida de la energía utilizada por conveniencia?
- Si una parte completa o gran parte de la superficie de Mercurio se instalara con materiales reflectantes (por ejemplo, espejos), ¿puede la superficie ser lo suficientemente fría como para ser habitada?
- ¿Cómo puede el 'espacio-tiempo' tener 'estructura'?
- Cómo entender realmente sobre la fuerza
Este es un grande. En resumen, para que la teoría de cuerdas funcione como una teoría de la naturaleza (es decir, una que realmente puede describir el universo que observamos) tiene que ser capaz de describir las partículas que forman la materia, que son fermiones (como el electrón, el neutrino y quarks, etc.). La versión más ingenua de la teoría de cuerdas se llama teoría de cuerdas bosónica . ¡Por lo general, es la primera versión de la teoría que uno encuentra cuando uno estudia porque es simple porque no requiere supersimetría! Pero para obtener la teoría de cuerdas para describir fermiones, ¡necesitas supersimetría! Esto no significa que la superimetría tenga que ser cierta en todas las escalas (si eso fuera cierto, lo habríamos observado con seguridad, ¡así que esto no puede ser cierto!), Pero debe ser cierto en alguna escala de alta energía (más allá de lo que hemos podido observar en el LHC, por ejemplo). La supersimetría es, por lo tanto, un ingrediente clave que debe ser cierto en la naturaleza por encima de una escala indeterminada de alta energía. Sin embargo, el consenso cada vez mayor en la comunidad de física teórica es, en palabras del profesor David Tong en Cambridge “¡La supersimetría no tiene nada que ver con la naturaleza en absoluto!”. Otro comentario encantador que leí proviene de las notas introductorias introductorias sobre la supersimetría de Adrian Signer en las que escribe (¡en 2009!) Que “si no hemos descubierto la supersimetría en los próximos 2 años, ¡probablemente hayas perdido tu tiempo con este libro!”. No es necesario decir que el futuro de la supersimetría se ve extremadamente sombrío como una teoría real de la naturaleza y este es un gran problema para la teoría de cuerdas.
Dimensiones extra:
En la teoría de cuerdas, hay dimensiones adicionales, ¡bastantes más de hecho! En la teoría de supercuerdas (teoría de cuerdas que también concuerda con la supersimetría), necesariamente hay un total de 11 dimensiones espacio-temporales en la teoría (10 dimensiones espaciales, más 1 dimensión temporal). Esto no es algo mágico que ponemos a mano; ¡La teoría literalmente solo tiene sentido en este número de dimensiones! (¡Lo cual supongo que es una característica bastante mágica de cualquier teoría de la física!). Ahora, obviamente, no vemos estas dimensiones adicionales (solo experimentamos 4), por lo que algo divertido tiene que suceder si esto puede describir el universo que observamos. En resumen, la respuesta de los teóricos de cuerdas es que las dimensiones adicionales deben “ocultarse de la vista” de alguna manera. El “de alguna manera” implica pensar en las dimensiones adicionales “ocultas” como extremadamente pequeñas y acurrucadas. Actualmente, esto es extremadamente especulativo, y hasta la fecha no tenemos ninguna evidencia que sugiera que esto sea cierto, aunque hay muchas ideas intrigantes en la literatura moderna que intentan comprender cómo podemos observar dimensiones adicionales, pequeñas y rizadas. Esta rica historia está estrechamente relacionada con el siguiente problema:
Reproduciendo el modelo estándar:
El modelo estándar de física de partículas (SM) es actualmente nuestra mejor teoría de la física a pequeña escala. Hasta donde yo sé, ¡es la teoría más precisa de la física que existe! Si la teoría de cuerdas es verdadera, debería estar de acuerdo con el modelo estándar, aunque en cierto sentido limitante, de lo contrario simplemente no puede ser correcto. Esto es similar a la lógica en el último párrafo, pero ahora el enfoque está en obtener la mezcla exacta o “zoológico” de partículas que vemos en el modelo estándar. Ahora, en la teoría de cuerdas, sabemos cómo describir partículas con diferentes giros y masas; estos son solo estados excitados de las cuerdas. Pero para describir las partículas que interactúan necesitamos algo más: D-branes. Las D-branas son básicamente objetos hipotéticos sobre los que se pueden unir cadenas abiertas. Para describir interacciones como las que vemos en el SM, la receta en la teoría de cuerdas es, literalmente, apilar D-branes juntas. El problema es que encontrar la manera correcta de describir exactamente el zoológico de partículas en el SM es complicado. ¡Es tan complicado que, hasta la fecha, nadie ha podido hacerlo! Además de todo esto, uno tiene que preocuparse exactamente sobre cómo envolver todas las dimensiones adicionales de la teoría, lo que cambia completamente el conjunto de partículas e interacciones que la teoría describe. ¡No sería completamente injusto si lo llamara un gran desastre!
Entonces, ¿por qué sigue siendo interesante?
La teoría de cuerdas es intensamente interesante, por varias razones. Estas diversas razones no prueban que la teoría de cuerdas sea correcta de ninguna manera, pero son insinuantes sugerencias de que la teoría de cuerdas podría estar en algo, o que al menos es interesante estudiar (¡incluso para aplicaciones en matemáticas puras!) Estas razones, más notablemente, incluyen el hecho de que la teoría de cuerdas describe automáticamente los gravitones. Específicamente, la teoría cuántica de cadenas cerradas contiene estados sin masa que son exactamente gravitones, los cuantos hipotéticos del campo gravitaitonal. En segundo lugar, la teoría de cuerdas proporciona un mecanismo para unificar todas las interacciones observadas en la naturaleza. Recordemos que antes se puede describir diferentes tipos de partículas apilando D-branes y demás: esto podría en última instancia proporcionar una forma para que la teoría de cuerdas describa exactamente todas las interacciones que vemos en la naturaleza, incluida la gravedad, a causa de cadenas (aunque, como he dicho, ¡nadie ha descubierto exactamente cómo hacer esto!). En tercer lugar, la teoría de cuerdas reproduce correctamente la entropía del agujero negro encontrada por Hawking . Hawking, Bekenstein y sus colaboradores descubrieron que los agujeros negros son termodinámicos. Se cree que este es un resultado increíblemente amplio en términos de comprensión de la gravedad cuántica. En particular, cualquier teoría candidata de la gravedad cuántica debería ser capaz de describir la termodinámica del agujero negro y en particular proporcionar una explicación del origen de la entropía del agujero negro. Sorprendentemente, la teoría de cuerdas puede hacer esto, lo cual es muy emocionante, ¡pero no necesariamente significa que estemos cerca de una teoría definitiva de la gravedad cuántica! Cuarto, la teoría de cuerdas inspiró la correspondencia AdS / CFT. La correspondencia AdS / CFT (o la correspondencia de la teoría de campo Anti–Sitter / Conformal) ofrece una manifestación teórica explícita del principio holográfico. Esta es la idea de que la gravedad cuántica, en cualquier región del espacio-tiempo, puede describirse completamente en términos de una teoría de campo cuántico ordinaria (¡ sorprendentemente, sin gravedad!). El principio holográfico, a su vez, proviene de la calidad termodinámica de los agujeros negros, según Hawking. ¡El hecho de que la teoría de cuerdas da una comprensión explícita de esto es increíblemente fascinante!
El campo de AdS / CFT ha sido un área de investigación extremadamente interesante y animada durante algún tiempo (de hecho, ¡es el tema de mi tesis doctoral!). De manera fascinante, para muchos de aquellos perpetuamente clasificados por las teorías de cuerdas que evidencian una falta absoluta de aplicaciones, la correspondencia AdS / CFT en realidad podría decirnos mucho sobre las teorías de campo conformales (CFT) que aparecen como descripciones efectivas de los sistemas reales que vemos en la naturaleza, tales como como átomos fríos en la unitaridad, y materiales semiconductores, etc. Cabe señalar que nada de esto utiliza explícitamente la teoría de cuerdas, pero lo cierto es que el resultado original (encontrado por Juan Maldacena en 1998) provino directamente de una teoría de cuerdas ajuste. En este sentido, AdS / CFT tiene una “teoría de cadenas superada”. ¡Esta es realmente una historia completamente diferente!
En general, muchos de los problemas clave de la teoría de cuerdas que nos han afectado en los últimos años, todavía nos acosan hoy (digo “nosotros”, aunque no soy un teórico de cuerdas, sino un miembro de la comunidad), pero los teóricos de cuerdas están lejos de estar inactivos. En muchos casos (como AdS / CFT) la investigación de la teoría de cuerdas se ha ramificado y desangrado en otras áreas, iniciando nuevos campos de estudio, ortogonales y extremadamente fructíferos.
Como he dicho, no soy un teórico de cuerdas, y mi propia posición al respecto es muy dudosa. Creo que la teoría es hermosa, sin duda, y claramente tiene una estructura intensamente rica e interesante. Creo que tiende a dominar el campo donde otros enfoques, como la gravedad cuántica de bucles , parecen discutibles, igualmente merecedores de mérito y enfoque. Mi presentimiento personal es que comprender la gravedad cuántica probablemente involucrará algo muy radical, ¡probablemente muy lejos de la teoría de cuerdas!
