Reseña: “The Birth of String Theory” editado por Andrea Cappelli et al.

Por Francisco R. Villatoro, el 21 julio, 2015. Categoría(s): Ciencia • Física • Libros • Physics • Recomendación • Science ✎ 1

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La ciencia es cultura. Una labor humana donde las circunstancias personales influyen sobremanera. Por eso la mejor manera de disfrutar de la historia de una ciencia es leerla de la mano de sus propios protagonistas. No siempre es posible. Andrea Cappelli, Elena Castellani, Filippo Colomo y Paolo di Vecchia, “The Birth of String Theory,” Cambridge Univ. Press (2012) [625 pp.], web del libro, recopila artículos históricos escritos por sus protagonistas (Veneziano, Schwarz, Gell-Mann, Lovelace, Susskind, Nambu, Ramond, Neveu, Green, Polyakov y muchos otros). En concreto, las contribuciones de los participantes en un workshop del mismo título que tuvo lugar en mayo de 2007 en el Instituto Galileo Galilei de Física Teórica en Arcetri (Florencia, Italia).

El libro se centra en el desarrollo de la teoría entre 1968 y 1984, a diferencia del libro de Rickles que comenté la semana pasada que llega hasta 1995. Cada protagonista cuenta su propia historia, por lo que hay algunas superposiciones y falta un hilo argumental (que han tratado de cubrir los editores del libro con cierto éxito). Pero he disfrutado mucho de las anécdotas que cuentan los protagonistas. La teoría de cuerdas es una obra coral y este libro es la mejor prueba de ello.

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Me es imposible resumir, aunque sea sólo con un párrafo, las contribuciones de Ademollo, Amati, Bardakci, Brink, Brower, Cappelli, Castellani, Clavelli, Colomo, Corrigan, Cremmer, Di Vecchia, Fairlie, Freund, Gell-Mann, Gervais, Gliozzi, Goddard, Green, Halpern, Lovelace, Mandelstam, Montonen, Musto, Nambu, Neveu, Nicodemi, Nielsen, Olive, Polyakov, Ramond, Rubinstein, Schwarz, Sciuto, Shapiro, Susskind, Veneziano, y Yoneya. Por ello, la reseña cuerdista y marciana (de los martes) de hoy va a ser mucho más breve de lo habitual. Lo siento.

El libro está dividido en 7 partes. Su objetivo es aprovechar que muchos protagonistas están aún vivos y presentar la historia de la teoría de cuerdas desde su nacimiento hasta el año 1984, más o menos. Por cierto, algunos autores aprovechan para presentar resultados posteriores. Pero todo lo presentado más allá de 1984 está sin sistematizar y supongo que será objeto de futuros libros.

La parte I (pp. 03-82) describe la estructura del libro (capítulo 1, “Introduction and synopsis”) y justifica su contenido (capítulos 2 al 4). Como no puede ser de otra manera, inicia el capítulo 2, “Rise and fall of the hadronic string,” está escrito por Gabriele Veneziano (n. 1942). Bien escrito nos cuenta su vida científica desde 1965 hasta 1974. Cómo buscó (no fue serendipia) la fórmula que le hizo famoso y cómo evolucionó la teoría en manos ajenas. El capítulo se lee muy bien y podemos decir que tratarde responder a las preguntas esperadas: ¿Qué es la teoría de cuerdas? ¿Para qué sirve la teoría de cuerdas? La teoría nació como el modelo dual de resonancias hadrónicas (dual resonance model) para entender la interacción fuerte. Pero evolucionó hacia una teoría de supercuerdas que pretende ser una teoría de todo (ToE) que incluya una teoría cuántica de la gravedad.

El capítulo 3, “Gravity, unification, and the superstring,” escrito por John H. Schwarz (n. 1941), es la continuación natural del artículo de Veneziano y escrita por el físico más adecuado para ello. En pocas páginas nos resume como la teoría de modelos duales interpretada como teoría de cuerdas llevó hacia la teoría de supercuerdas. Libre de anomalías se posicionó como el candidato más firme a teoría de todo. El capítulo también está muy bien escrito y merece la pena leerlo.

El enfoque de los historiadores y filósofos nos lo ofrece uno de los editores, Elena Castellani, en el capítulo 4, “Early string theory as challenging case study for philosophers.” Complementa a los otros dos capítulos, aunque me gusta menos. Como es de esperar discute asuntos (como la diferencia entre teorías y modelos, o el origen experimental de la teoría y su alejamiento posterior de los experimentos) que creo que aportan poco al lector aficionado a la divulgación.

La parte II (pp. 83-131), cuenta la prehistoria de la teoría de cuerdas, la llamada teoría de la matriz S (o de dispersión), incluyendo la situación de la física de partículas en los 1960 y el camino que llevó a que el modelo de Veneziano fuera inevitable.

El capítulo 6, “Particle theory in the Sixties: from current algebra to the Veneziano amplitude,” de Marco Ademollo (n. 1936), el capítulo 7, “The path to the Veneziano model,” de Hector R. Rubinstein (1933-2009), el capítulo 8, “Two-component duality and strings,” de Peter G. O. Freund (n. 1936) y el capítulo 9, “Note on the prehistory of string theory,” Murray Gell-Mann (n. 1929) nos resumen la situación experimental y teórica sobre la interacción fuerte en la década de los 1960. Lo que  dejan claro es que los modelos duales eran explicación muy razonable a dicha interacción desde el punto de vista de los resultados experimentales disponibles.

La parte III (pp. 133-217), cuenta el desarrollo de los modelos duales de resonancias, cuando no se sabía que correspondían a vibraciones de cuerdas. Se inicia con el capítulo 11, “From the S-matrix to string theory,” de Paolo De Vecchia (n. 1942) que nos pone en contexto el uso de operadores DDR (Del Giudice-Di Vecchia-Fubini) para seleccionar estados físicos y eliminar los estados espurios (ghosts) en el modelo de Veneziano. Me gusta la sección final del capítulo en la que nos habla de anécdotas que justifican por qué se puso a estudiar estos asuntos.

Salvo el capítulo 12, “Reminiscence on the birth of string theory,” de Joel A. Shapiro (arXiv:0711.3448 [hep-th]), el resto de los capítulos de esta parte son bastante breves: cap. 13, “Personal recollections,” de Daniele Amati (n. 1952), cap. 14, “Early string theory at Fermilab and Rutgers,” de Louis Clavelli, cap. 15, “Dual amplitudes in higher dimensions: a personal view,” Claud Lovelace (1934-2012), cap. 16, “Personal recollections on dual models,” de Renato Musto (arXiv:0801.4694 [physics.hist-ph]), cap. 17, “Remembering the ‘supergroup’ collaboration,” de Francesco Nicodemi, y cap. 18, “The ‘3-Reggeon vertex’,” de Stefano Sciuto. Unos se leen mejor, otros peor, pero no me parece la parte más interesante del libro, salvo cuestiones puntuales.

La parte IV (pp. 219-325) presenta las cuerdas, el descubrimiento de que los modelos duales describían las vibraciones de cuerdas relativistas y cuánticas. Poder visualizar las interacciones entre cuerdas permitió avances importantes, aunque siempre en el contexto de las cuerdas bosónicas, las que describen los mesones en los modelos duales resonantes. Por cierto, el cap. 19, “Introduction to Part IV,” resume breve pero bastante bien la teoría de cuerdas en rotación (spinning strings) tanto desde el punto de clásico como bajo la cuantización en el cono de luz. Esta parte es mucho más interesante que la anterior. El capítulo 20, “From dual models to relavistic strings,” de Peter Goddard (n. 1945), está muy bien. Me ha gustado mucho y te lo recomiendo leer (arXiv:0802.3249 [physics.hist-ph]).

Que los modelos duales describren cuerdas vibrantes fue una idea que tuvieran tres físicos de forma (casi) independiente. El genial Leonard Susskind (n. 1940), “The first string theory: personal recollections,” cap. 21, es bastante breve y se centra sólo en las anécdotas (destacando que es el padre de la idea de usar variables en el cono de luz). Holger B. Nielsen (n. 1941), “The string picture of the Veneziano model,” cap. 22, arXiv:0904.4221 [hep-ph], nos cuenta cómo llegó a una modelo similar al de Susskind. Y el tercer descubridor de la cuerda, recientemente fallecido el pasado 5 de julio, Yoichiro Nambu (1921-2015), “From the S-matrix to string theory,” cap. 23, también se centra en anécdotas (aunque incluye algunas fórmulas).

El capítulo 24, “The analogue model for string amplitudes,” de David B. Fairlie (n. 1935), nos habla de su trabajo en diagramas off-shell y como su artículo introdujo lo que ahora llamamos D0-branas en los extremos de las cuerdas abiertas. El gran Stanley Mandelstam (n. 1928), “Factorization in dual models and functional integration in string theory,” cap. 25, arXiv:0811.1247 [hep-th], nos recalca la importancia de la invarianza conforme y la ventaja que supone ser un experto en las técnicas de la matriz S para trabajar (aunque sea sólo de forma colateral) dejando una profunda huella en la teoría de cuerdas. Finalmente, Richard C. Brower, “The hadronic origins of string theory,” cap. 26, trata de justificar que la teoría de modelos duales era inevitable en la década de los 1960; en cierto sentido no es verdad que la teoría de cuerdas fuera una teoría del siglo XXI aparecida por casualidad en el siglo XX, para Brower la teoría era un paso más del todo natural para los avances en la interacción fuerte de la década de los 1960.

La parte V (pp. 331-417) discute la incorporación de los fermiones (para describir los bariones) a la teoría de cuerdas (o de modelos duales). Había varias alternativas y aparecieron varios modelos duales fermiónicos rivales. No parecía posible elegir el mejor entre ellos pues en ciertos límites conducían a los mismos resultados.

La parte VI (pp. 421-508) presenta las supercuerdas, la revolución de la incorporación del superespacio a la teoría de cuerdas. La supersimetría local condujo a grandes avances que llevaron a la llamada primera revolución de la teoría de cuerdas en 1984.

Y, finalmente, la parte VII (pp. 511-568) resume a retazos los avances posteriores a la primera revolución de la teoría de cuerdas que llevaron hacia la segunda revolución de mediados de los 1990.

El libro acaba con varios apéndices de interés más bien técnico.

En resumen, si quieres leer la historia de la teoría de cuerdas de mano de sus artífices, este es tu libro. Muchos serán poco conocidos para los legos, pero nos mostrarán de primera mano que el desarrollo de la ciencia es imbricado y no tiene un tronco bien definido al que seguir.

[PS] Esta entrada está incompleta. Un lector me ha pedido que la publique pero, lo siento, no he tenido tiempo de finalizarla. Aún así creo que es conveniente publicarla hoy. Mi objetivo con estas reseñas es ofrecer una idea de lo que contiene el libro y creo que con lo que podéis leer en esta entrada os podéis hacer una cierta idea del contenido. Si saco tiempo para añadir más cosas… pero no puedo prometerlo.



1 Comentario

  1. Hola, gracias por estas reseñas, dan una perfecta panorámica del asunto y de su complejidad. Estaba pensando que no estaría mal hacer un recorrido por la Teoría de Cuerdas en España (o en Español, para incluir a gente importante como Maldacena). Se que hay algunos grupos activos en España, y recuerdo que a finales de los ochenta ya había un pequeño equipo en el departamento de Física Teórica de la Autónoma de Madrid, y me consta que entre ellos estaban los mejores expedientes. Era una época (antes de la segunda Revolución de las supercuerdas/Teoría M) en la que no había mucho optimismo más allá de la “Belleza matemática”, y la verdad, los propios compañeros veíamos todo el asunto con bastante escepticismo y “demasiado teórico” y a los proponentes como unos frikis… No se si ha cambiado mucho el asunto.

    Saludos

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