La gran crítica a la teoría de cuerdas es que no es una teoría predictiva. Nuestro universo no contiene cuerdas, luego está en un estado de vacío para la teoría de cuerdas; como es obvio hay infinidad de posibles vacíos cuerdistas y nuestro universo estará descrito por infinidad de ellos. Ese es el gran problema de la teoría de cuerdas, no predice un único vacío que vaya más allá del modelo estándar de la física de partículas y del modelo cosmológico de consenso, que pueda ser contrastado con futuras observaciones y experimentos a baja energía. Pero no lo olvidemos, hay muchas formas de obtener una extensión supersimétrica del modelo estándar en teoría de cuerdas, tanto en su forma actual como en cualquiera de sus formas futuras (aunque ahora no sabemos cuál será la correcta). Por supuesto, dicha supersimetría debe estar rota, pues no se observa a baja energía; por desgracia, también hay muchas formas de romper la supersimetría y tampoco sabemos cuál es la más adecuada.
En este blog ya he comentado varias veces cómo postdecir las simetrías del modelo estándar usando intersecciones de apilados de D-branas. Pero muchas otras posibilidades, como la que se publicó en Physical Review Letters en 2019 en el contexto de la teoría F, dual a la teoría de supercuerdas tipo IIB. Una construcción explícita de más de mil billones de variedades de Calabi–Yau CY₄ con fibraciones elípticas de clase PF11. Las compactificaciones tóricas resultantes describen todas las simetrías del modelo estándar, [SU(3) × SU(2) × U(1)]/Z₆, sus tres generaciones de fermiones y su espectro quiral; como es habitual, los acoplamientos de Yukawa para quarks y leptones dependen de los parámetros (moduli) de las CY₄ y se pueden ajustar a las observaciones. Por supuesto, se obtiene el MSSM (extensión supersimétrica mínima del modelo estándar), cuya supersimetría debe ser rota para obtener el modelo estándar que observamos (no existe otra posibilidad cuando se trabaja con supercuerdas).
Como es obvio, si eres crítico con la teoría de cuerdas, me recordarás que postdecir no es lo mismo que predecir. Y tienes toda la razón. Pero lo que me gustaría dejar claro es que no es cierto que el MSSM no se puede postdecir en teoría de cuerdas. Más aún, en cierto sentido, un vacío tipo MSSM es natural en teoría de cuerdas (aunque la naturalidad está denostada hoy en día), por desgracia no sabemos el porqué. Y aunque la teoría de cuerdas no presenta divergencias ultravioletas, presenta divergencias infrarrojas, algunas de ellas asociadas a las divergencias ultravioletas del modelo estándar; por ello, en su estado actual, no nos permite resolver dichas divergencias (como las singularidades en los agujeros negros). Y, para acabar, la teoría de cuerdas predice un amplio sector oscuro (que explicaría la materia oscura), incluyendo campos escalares de partículas de tipo axión ligeras compatibles con las observaciones astrofísicas y cosmológicas.
Lo más mediático en teoría de cuerdas es el Programa del Pantano (Swampland), liderado por el nuevo gurú Cumrun Vafa y en el que destaca la española Irene Valenzuela. Pero que no confundan los anuncios de grandes logros que se lleva el viento. Se ha progresado mucho en la fenomenología de la teoría de cuerdas en los últimos 25 años. Este campo sigue siendo muy activo en la actualidad. Ahora se usan todos los recursos computacionales disponibles, que desde hace un lustro incluyen las inteligencias artificiales para explorar los vacíos cuerdistas. Todo está en el vacío, porque vacío (cuerdista) somos. En caso de que te interese este tema te recomiendo leer el artículo de revisión de Fernando Marchesano, Gary Shiu, Timo Weigand, «The Standard Model from String Theory: What Have We Learned?» Annual Review of Nuclear and Particle Science 74 (10 Jun 2024), doi: https://doi.org/10.1146/annurev-nucl-102622-012235, arXiv:2401.01939 [hep-th] (03 Jan 2024). Y si te apetece disfrutar de los detalles de las mil billones de compactificaciones en teoría F, los tienes en Mirjam Cvetic, James Halverson, …, Jiahua Tian, «A Quadrillion Standard Models from F-theory,» Phys. Rev. Lett. 123: 101601 (2019), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.101601, arXiv:1903.00009 [hep-th] (28 Feb 2019), https://arxiv.org/abs/1903.00009.
Susskind dice, sin cortarse ni un pelo, que GR=QM, luego también dice que la cuántica (entera) debería deducirse de la teoría de supercuerdas, entonces sin darse cuenta afirma que GR=QM=supercuerdas.
El punto paradójico es que GR es la teoría de las predicciones, está plagada de predicciones (confirmables observacional o experimentalmente), incluso la cuántica tiene las suyas, pero cuerdas y supercuerdas parece un desierto, está en otro rango de energías..
Si supercuerdas corresponde a GR y QM entonces deberíamos ser capaces de construir las mismas predicciones y resultados. Puede suceder que aún logrando corresponder las tres teorías no logremos construir las mismas predicciones y resultados, traducir un problema de GR en su homólogo de supercuerdas puede volverse inasumible computacionalmente hablando.
La otra opción es que Susskind esté equivocado y no correspondan completamente, ninguna de las tres teorías.
De cuerdas y supercuerdas lo poco que espero es que nos diga todo lo que puede saberse sobre el vacío, a ser posible sin «peores predicciones de la historia de la física» ni cosas parecidas. De LQG lo único que espero es que diga todo lo que puede saberse sobre el bounce.
Descarto el paradigma unificado, claro. Muy interesante Francis
P, ya comenté mi opinión en «GR=QM, el nuevo eslogan de Susskind», LCMF, 03 ene 2018. La idea de Susskind con GR = QM es que GR y QM son emergentes de algo más fundamental. Creo que lo más obvio detrás de la boutade de Susskind es el «it from bit» de Wheeler (en rigor, «it from qubit»). Si todo es información cuántica (QI), entonces GR = QI, QM = QI y QG = QI (siguiendo tu argumento, ST = QI); Susskind concluye que GR = QM = QG (y por ende tu = ST). Ahora bien, GR = QI y QM = QI, no implica que GR = QM, como sugiere Susskind. Por ello, que QG se pueda simular en ordenadores cuánticos no implica que la naturaleza de QG se pueda explorar de forma experimental usando ordenadores cuánticos. En mi opinión, hay una enorme diferencia entre una simulación de un sistema físico y un experimento en dicho sistema físico (el real, no el simulado).
Muy interesante, Francis! Divergencias infrarrojas seria lo de no estar cotado por arriba (bounded from above)? No entiendo muy bien ese concepto. Por otra parte, volviendo a mi obsesion cosmologica, estaba leyendo el excelente libro de Henrique F. Borja «el universo en 174 paginas» que es una excelente explicacion de acompañar con la mas tozuda lectura de la Ryden, y creo entender que un vacio de un campo escalar del tipo axionico, si estuviera en un estado metaestable de muy muy larga duracion (los llamados axiones ultraligeros) , podria explicar tanto la materia oscura como la energia oscura. Es un poco «finely tuned», pero podria funcionar, quizas. Asi que me alegro de que estos axiones sigan vivitos y coleando en la teoria de cierdas! Gracias por compartir tu sabiduria! Buenas tartes y un saluto a currito o currita! 🙂
Thomas, ¿dónde dice eso en su libro Enrique Fernández Borja? Lo leí tras su publicación y no recuerdo tal afirmación.
Las analisis detallada de la gravedad con un falso vacio la encuentra a pagina 136, 137 y 138 («los caprichos de la gravedad») cuando hay en el grafico 5.6 ese punto de inflexion y la gravedad se vuelve atractiva. Claramente, Borja no podia saber de los desarrollo de los ultimos años (su libro es del 2015) con la hipotesis de la materia oscura axionica ultraligera, ni su ulterior empleo para la energia oscura (en este caso hablamos del ultimo lustro, 2020 y incluso despues, habras leido este articulo: https://www.newscientist.com/article/mg26034670-700-the-wonder-particle-how-axions-could-solve-more-than-just-dark-matter/ y este otro https://arxiv.org/abs/2107.13391. La primera mencion me resulta ser esta, pero quizas haya otras: https://arxiv.org/abs/1702.02116)
Thomas, Enrique no menciona los axiones ultraligeros, aunque ya los conocía en 2015 (en su blog puedes leer «Materia Oscura — Toma Uno — Claqueta — Axión», Cuentos Cuánticos, 20 oct 2014). De hecho, los axiones ultraligeros condensados ya fueron propuestos como materia oscura en el año 2000 («Fuzzy Cold Dark Matter,» PRL (2000), https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.85.1158; «New Light on Dark Matter», Science (2003), https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.1085976).
La figura 5.6 es para el campo inflatón. Tras el recalentamiento, el campo inflatón podría comportarse como un campo axiónico ultraligero que explicase la materia oscura si pasara a un estado condensado. Pero la materia oscura exige un desacoplamiento temprano de la materia. Por tanto, es imposible que dicho campo vuelva a un estado de falso vacío que explique la energía oscura mucho después la recombinación (mientras sigue condensado y sigue explicando la materia oscura). Por tanto, Enrique no menciona esta posibilidad porque es imposible que funcione. El campo escalar (fantasmas o quintaesencia) que explique la energía oscura no puede explicar la materia oscura y mucho menos también la inflación. A veces se pueden matar muchos pájaros con el mismo tiro. Pero en esta ocasión no es posible.
Muchas gracias por contestarme siempre de manera tan clara. Pido perdon por la falta de claritud en mis precedentes comentarios, estaba fuera de casa (por suerte llevaba conmigo mi lectura actual, el dicho libro de Enrique), ahora lo busque mejor: me referia a los llamados ALP, particulas *como* los axiones, y me referia a las propuestas que dichas particulas, ademas del proprio axion empleado como respuesta hipotetica a la materia oscura, pudiese tener algun papel para la energia oscura. La idea es que hayan varios campos de tipo axion, uno para la materia oscura y otro para la energia oscura, por separado. Por eso decia que era un poco una opcion que pecaba de «ajuste fino». Ahora en casa puedo acceder a los articulos que me habia leido hace poco y que me hicieron relacionar ambos conceptos leyendo el (excelente, lo recomiendo mucho!) libro de Enrique: este es el primero que me lei, del pasado abril: https://arxiv.org/abs/2405.00090 lo que me llevo a leer este otro sobre el inflaton del tipo ALP de 2021: https://journals.aps.org/prd/pdf/10.1103/PhysRevD.104.063010 . A mi, que me encantan ese tipo de argumentos, me parecieron muy interesantes, pero quizas soy demasiado lego como para entender «de que pata cojean» estos articulos… 🙂
Siempre es un placer leerte Francis, aunque he de admitir que muchas cuestiones técnicas superan mis conocimientos.
Una pregunta off-topic, ¿Existe algún modelo que prediga el tamaño real del Universo más allá de lo observable? Por curiosidad, cuando investigo, encuentro información, pero siempre se refiere al Universo observable. Me gustaría saber (aunque creo que no es posible) ¿qué porción representa en realidad del conjunto total? ¿Podría ser que el Universo real sea mucho más grande y que la región observable no sea representativa del conjunto? Por ejemplo, ¿es posible que solo el 1% del tamaño total del Universo sea observable? En ese caso, ¿podrían ser las características y fenómenos que observamos locales y no representativos de la totalidad del conjunto?”.
Muchas gracias.
Buenos cielos!.
SOT, en los modelos de tipo big bang se predice que el universo tiene su origen en una fluctuación cuántica con energía finita, luego el universo tiene que tener un tamaño finito; pero no se predice qué tamaño. El tamaño del universo depende de su topología; sabemos que el universo observable es plano (Ωₖ = 0 es coherente con la estimación del telescopio espacial Planck Ωₖ = 0.001 ± 0.002), lo que implica que la topología del universo no es trivial (pues si lo fuera el universo sería infinito). El estudio de la topología del universo es muy difícil, para ya se están dando los primeros pasos (https://arxiv.org/abs/2210.11426; https://arxiv.org/abs/2211.02603; https://arxiv.org/abs/2306.17112; https://arxiv.org/abs/2407.09400; https://arxiv.org/abs/2404.01236). Un punto clave es que ignoramos la teoría inflacionaria correcta.
Hay varios límites al tamaño mínimo del universo basado en buscar patrones repetidos en el fondo cósmico de microondas; depende del tipo de patrones que se usen el resultado es diferente. Un límite mínimo bastante razonable un tamaño del universo al menos 20 veces el tamaño del universo observable. Pero hay límites más exagerados, incluso de más de 250 veces el tamaño del universo observable (https://arxiv.org/abs/1101.5476). También hay límites en el sentido contrario, que el Universo es igual al universo observable y tiene un tamaño más pequeño del que creemos que tiene por que según el CMB aparenta ser más plano de lo que es en realidad (https://arxiv.org/abs/2309.03272).
En cosmología se usa el principio cosmológico para afirmar que el universo no observable es estadísticamente similar al universo observable. Por supuesto, si el universo no observable es cien veces mayor que el universo observable (el 1 % que comentas), es perfectamente posible que el universo observable no represente de forma fiable el universo no observable (https://arxiv.org/abs/2310.12859). Pero como solo podemos observar el universo observable, será imposible saberlo. Así que, en cosmología, no queda otro remedio que aplicar el principio cosmológico.
Muchas gracias Francis, no solo por el tiempo que dedicas a la divulgación científica sino además a responder la curiosidad de aquellos que frecuentamos tus artículos. Leeré las fuentes de papers que has compartido.
Buenos cielos!.