* GLOSARIO: TEORIA DE CUERDAS

Fuente: Universo a la vista

Explicado en 60 segundos: Teoría de cuerdas

de Universo a la vista de Tropea

La Teoría de Cuerdas propone que los componentes fundamentales del universo no son partículas puntuales sino "cadenas" unidimensionales. Lo que percibimos como partículas son en realidad las vibraciones en los bucles de la cuerda, cada una con su frecuencia característica. En este modelo las energías involucradas son muy altas, del orden de la energía de Planck.

La teoría de cuerdas se originó como un intento de describir las interacciones de partículas tales como los protones. Desde entonces se ha convertido en algo mucho más ambicioso: una aproximación a la construcción de una teoría unificada completa de todas las partículas y fuerzas fundamentales, una teoría del todo.

Los intentos anteriores de unificación de la física han tenido problemas para la incorporación de la gravedad con las otras tres fuerzas. La teoría de cuerdas no sólo abarca la gravedad, sino que lo requiere. La teoría de cuerdas también requiere seis o siete dimensiones adicionales del espacio, y esto contiene los modos de relacionar dimensiones grandes suplementarias con las pequeñas. El estudio de la teoría de cuerdas ha conducido también al concepto de la supersimetría, que duplicaría el número de partículas elementales.

Los partidarios de la teoría de cuerdas son optimistas de que eventualmente haga predicciones que puedan ser probadas experimentalmente. La teoría de cuerdas ya ha tenido un gran impacto en la matemática pura, la cosmología (el estudio del universo), y la manera de los físicos de partículas de interpretar los experimentos, por lo que sugiere nuevos enfoques y posibilidades que explorar.

De todos modos existen dentro de la física detractores que la consideran una pseudociencia, debido a la imposibilidad de falsarla y a que luego de tres décadas de postulada, no se ha aportado ninguna prueba experimental que la verifique.

Traducción libre de:
Explain it in 60 Seconds: String theory (John H. Schwarz, California Institute of Technology para Symmetry)

Sobre la imagen:
Crédito: Symmetry.

Fuente: Ciencia Kanija

Los agujeros negros pueden formar anillos, hélices e incluso la forma de Saturno

de Kanijo

La Teoría de Cuerdas implica que los agujeros negros puede aparecer en todo tipo de formas y sabores, de acuerdo con una cosmóloga que ha catalogado todos los tipos conocidos.
La Teoría de Cuerdas es la mejor opción de los físicos para una Teoría Unificada de todas las interacciones, pero trae consigo algunas extrañas predicciones. Una de ellas es que el espacio-tiempo consta de 10 dimensiones en lugar de las cuatro a las que estamos acostumbrados. Y eso genera algunas intrigantes cuestiones.

Una de ellas es qué forma pueden tomar las singularidades en este espacio de más dimensiones. En 4 dimensiones, la única solución es una esfera, y este es el tipo de agujeros negros que han imaginado los cosmólogos.
Pero en mayores dimensiones, hay todo tipo de soluciones alternativas. Hemos observado la posibilidad de anillos negros, pero hoy, María Rodríguez del Instituto Max Planck de Física Gravitatoria en Golm, Alemania, recopila un catálogo de todas las especies conocidas de agujeros negros.
Resulta que hay toda una colección de soluciones para los agujeros negros. Aquí tienes unas pocas: el saturno negro, el anillo helicoidal negro, el di-anillo negro, la pajarita negra y el timbre de bicicleta negro, así como los plegamientos negros más generales.
Aunque estas soluciones existen matemáticamente, pueden o no existir en el universo real. De hecho, Rodríguez es capaz de calcular ciertos criterios que deben cumplir las soliciones que se espera que existan en el mundo real. Por ejemplo, un anillo negro sólo puede existir si hay suficiente repulsión centrífuga para evitar que colapse.
Rodríguez señala que la lista es incompleta. “El catálogo de distintas especies (soluciones exactas) de agujeros negros muestra una estructura muy rica, pero parece lejos de estar completo”.
Esto lo hace un tema interesante para los ambiciosos cosmólogos. Pero te lo advierto: hay una buena razón por la que la lista está incompleta. Las soluciones en este espacio de más dimensiones son tremendamente difíciles de encontrar.
No obstante, sería bueno descartar la posibilidad de su existencia o calcular si pueden distinguirse observacionalmente de los agujeros negros esféricos comunes.

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Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1003.2411: On the Black Holes Species (By Means Of Natural Selection)
Fecha Original: 15 de marzo de 2010
Enlace Original

Fuente:  Francis (th)E mule Science's News

La teoría de cuerdas, ¿ciencia o pseudociencia?

de Francis (th)E mule Science's News de emulenews

Permíteme sacar unas frases fuera de contexto de un artículo sobre la falsabilidad como criterio para diferenciar entre ciencia y pseudociencia escrito por mi amigo César Tomé (@EDocet), “Las teorías científicas no son falsables,” Cuaderno de Cultura Científica, 30 Abr 2013: “la llamada teoría de cuerdas, por ejemplo, es una pseudociencia. Lo que implica que debe haber algo más que la capacidad de predicción empírica comprobable si hemos de considerar una hipótesis como la teoría de cuerdas como perteneciente al ámbito de la ciencia, algo que pocos dudan. Por consiguiente, si la falsabilidad debe ser un criterio para considerar una hipótesis como científica, y lo es, pero no así su capacidad de predicción empírica, entonces no es una característica de las hipótesis.” Y concluye su interesante artículo de opinión con: “Por tanto, las teorías científicas no son falsables, son tratadas como tales. La falsabilidad, quede claro, es una actitud.“
Como yo decía en mi artículo “Introducción a la teoría de cuerdas” en el número 1 de la revista Amazings, por cierto, muy criticado tanto por legos como por expertos: “La teoría de cuerdas es un marco teórico [la palabra correcta es modelo], como puede serlo la mecánica clásica. Verificar la segunda ley de Newton (fuerza es igual a masa por aceleración) es imposible de forma general, no se puede demostrar que no haya alguna fuerza clásica que no la cumpla. Sólo se puede verificar esta ley para fuerzas concretas (la gravedad de Newton o la fuerza de Coulomb). Lo mismo pasa con la teoría de cuerdas. Sus predicciones dependen de la compactificación concreta para las dimensiones extra del espaciotiempo utilizada. El desacuerdo con los experimentos de una compactificación concreta no invalida la teoría, pues podría haber otra que sí estuviera de acuerdo con ellos. Por ejemplo, hay compactificaciones que predicen cuatro generaciones de partículas elementales, cuando solo se conocen tres, o que predicen que los neutrinos no tienen masa en reposo, cuando se sabe que la tienen, o que predicen que la constante cosmológica es negativa, de hecho en las teorías con supersimetría es difícil incorporar una constante cosmológica positiva como la implicada por la existencia de la energía oscura. Sin embargo, estas predicciones erróneas no invalidan el marco teórico de las cuerdas. La teoría de cuerdas también realiza predicciones genéricas que son independientes de la compactificación, como la existencia de la gravedad y de la supersimetría, pero hasta que no se conozca la versión definitiva de la teoría será difícil diseñar experimentos para verificar fuera de toda duda este tipo de predicciones generales.“
Permíteme darle más vueltas al argumento, pues muchos lectores no se dieron cuenta en su momento de lo que yo quería decir y me criticaron por ello (supongo que no sin razón). Las dos cuestiones “¿es falsable la mecánica clásica?” y “¿es falsable la segunda ley de Newton?” son muy diferentes en grado y forma. Los experimentos a gran velocidad (momento) y/o energía falsaron los principios de la mecánica clásica (como el principio de relatividad de Galileo) y llevaron a la mecánica relativista (basada en el principio de relatividad de Einstein). Ahora bien, ¿falsan la segunda ley de Newton? Recuerda que en teoría de la relatividad la fuerza se define como la derivada del momento lineal, es decir, igual que en la segunda ley de Newton. Quizás sea una cuestión lingüística, pues la segunda ley de Newton se llama “ley” en la mecánica clásica y se llama “definición” en el mecánica relativista. Pero estarás de acuerdo conmigo con que las evidencias empíricas que llevaron a la mecánica relativista no contradicen la segunda ley de Newton (o si prefieres, la nueva formulación relativista de la segunda ley de Newton).

Permíteme darle todavía más vueltas al argumento, pues si muchos lectores no se dieron cuenta en su momento de lo que yo quería decir estoy seguro que todavía no se dan cuenta de lo que estoy diciendo. Estarás de acuerdo conmigo en que la evidencia empírica a favor de la física cuántica falsea la física clásica. Pero, ¿falsea también la segunda ley de Newton? Como en el párrafo anterior, el concepto de fuerza en mecánica cuántica se define como la derivada temporal del momento lineal, es decir, según la segunda ley de Newton. Seguro que me dirás que en física cuántica el concepto de fuerza no tiene sentido, siendo una rémora del pasado introducida sólo para aplicar el principio de complementaridad (vía el teorema de Ehrenfest y similares). Pero, stricto sensu, si utilizas el concepto de fuerza en mecánica cuántica lo haces vía la segunda ley de Newton, que actúa como “definición” (no como “ley”), de nuevo llevándonos a una mera cuestión lingüística.
¿Ha sido falsada la segunda ley de Newton gracias a la evidencia experimental de los últimos 150 años? ¿Es falsable la segunda ley de Newton? ¿Es una hipótesis la segunda ley de Newton? ¿Es una teoría? ¿Qué es? Quizás no deberíamos llamarla “ley” pero discutir sobre si la filosofía de la ciencia es sólo lingüística de la ciencia nos llevaría lejos…

Los más avisados de mis lectores dirán que la segunda ley de Newton es matemáticas. Una definición matemática de un concepto que se puede extrapolar (o extender, diría un matemático) fuera del contexto inicial donde fue formulada. Por ello es aplicable a cualquier teoría dinámica (incluso en teoría cuántica de campos o en teoría de cuerdas se habla de fuerzas como variaciones temporales del momento lineal).
La teoría de cuerdas tiene hipótesis, leyes, afirmaciones, o como quieras llamarlas, similares al principio de relatividad de Galileo en mecánica clásica y otras similares a la segunda ley de Newton. Las primeras son falsables mediante experimentos (aunque dichos experimentos estén más allá de lo realizable con la tecnología actual), pero las segundas no son falsables, pues se pueden interpretar como definiciones, como “verdades” matemáticas que dependen de un contexto, pero que se pueden adaptar a cualquier otro contexto, como la segunda ley de Newton.
Como he comentado en el blog Cuaderno de Cultura Científica: “Los “modelos” (yo a veces los llamo “marcos conceptuales”) conllevan cierto número de “hipótesis,” algunas que pueden ser falsadas sin que el “modelo” se resienta y otras que falsan todo el “modelo.” La teoría de cuerdas es un “modelo” muy general y muy continuista con el anterior (la teoría cuántica de campos), que incluye “hipótesis” de ambos tipos, las que no pueden falsar el modelo, sólo requieren adaptarlo, y las que lo pueden falsar de forma definitiva. El gran problema respecto a estas últimas es que no tenemos una formulación matemática rigurosa de dichas hipótesis falsadoras del modelo completo [que a día de hoy son más intuiciones que hipótesis, stricto sensu] y por tanto no podemos diseñar experimentos para falsar el modelo completo.”
“A día de hoy, la teoría de cuerdas sigue en pañales y sólo tenemos hipótesis del primer tipo (cuya falsación no falsa el modelo). De hecho, muchas de las predicciones “genéricas” de la teoría de cuerdas ya han sido falsadas, pero la teoría de cuerdas sigue tan viva y coleando como siempre, pues se ha aceptado que no se entendía bien el modelo y éste se ha sido adaptado para que sus “nuevas” predicciones “genéricas” sobre dichos asuntos estén de acuerdo con los nuevos resultados y por tanto, en lugar de haber sido falsadas, se hayan transformado en “confirmaciones” (predicciones a posteriori).”
Volviendo a mi línea argumental. La segunda ley de Newton, ¿es ciencia o pseudociencia? En mi modesta opinión, la pregunta si la teoría de cuerdas en su formulación actual es ciencia o pseudociencia es una pregunta del mismo tipo. Las leyes de Newton eran los axiomas de la mecánica clásica, hasta que Einstein descubrió un axioma más fundamental, el principio de Galileo, que era falsable (de hecho, ya había sido falsado por los experimentos de Michelson-Morley, Fizeau y otros). Lo poco que sabemos de la formulación definitiva de la teoría de cuerdas puede hacer pensar a algunos en que la mal llamada “teoría” no es falsable, pero aún desconocemos el equivalente al principio de Galileo en la teoría de cuerdas (también lo desconocemos en la teoría cuántica de campos a partir de la cual nació la teoría de cuerdas como extensión “más natural” del concepto de campo cuántico a objetos extendidos).

Algunos lectores seguirán perdidos (espero que pocos). Pongamos algunos ejemplos concretos. La teoría de cuerdas predice la existencia de dimensiones extra del espaciotiempo. ¿Descubrir dimensiones extra del espaciotiempo confirma la teoría de cuerdas? No, pues hay otras teorías que también las predicen y son diferentes de la teoría de cuerdas. ¿Demostrar que no existen dimensiones extra del espaciotiempo falsea la teoría de cuerdas? No, porque hay versiones de la teoría de cuerdas en 4D en las que las dimensiones extra del espaciotiempo son sólo un artificio matemático para simplificar ciertos cálculos. Por tanto, ¿son las dimensiones extra del espaciotiempo un axioma (hipótesis que puede falsear el modelo) de la teoría de cuerdas? No, ningún teórico de cuerdas lo piensa así; se trata de un resultado obtenido tras una serie de cálculos bajo la hipótesis de un espaciotiempo continuo, cuando la mayoría de los expertos creen que el concepto de espaciotiempo es emergente en la teoría (siendo el concepto “número de dimensiones” un mero artefacto).
Otro ejemplo concreto. La teoría de cuerdas predice la supersimetría. ¿Descubrir la supersimetría confirma la teoría de cuerdas? No, pues la supersimetría puede ser incorporada a cualquier teoría cuántica de campos sin necesidad de incorporar la teoría de cuerdas. ¿Demostrar que no se da la supersimetría en la Naturaleza falsea la teoría de cuerdas? No, porque la supersimetría es imprescindible en la teoría de supercuerdas (límite en 10 dimensiones de la teoría) y en la teoría de la supergravedad (límite en 11 dimensiones de la teoría), pero se cree que la teoría de cuerdas trasciende a estos límites asintóticos y hay propuestas en las que supersimetría es también un concepto emergente. Por tanto, ¿es la supersimetría un axioma (hipótesis que puede falsear el modelo) de la teoría de cuerdas? No, aunque la mayoría de los teóricos de cuerdas puede que lo piense así, hay una amplia minoría que disiente. La supersimetría facilita muchísimo los cálculos en cualquier teoría cuántica de campos (como los límites asintóticos de la teoría de cuerdas antes comentados), por ello suele ser considerada parte intrínseca de la teoría de cuerdas por el mainstream, pero no es imprescindible (hay modelos cuerdísticos que la rompen a todas las energías).
Y otro ejemplo más. La teoría de cuerdas se diferencia de la teoría cuántica de bucles en la predicción de un espaciotiempo continuo. ¿Descubrir que el espaciotiempo es continuo a todas las energías posibles confirma la teoría de cuerdas? Obviamente no.¿Demostrar que el espaciotiempo no es continuo falsea la teoría de cuerdas? Tampoco, de hecho, ya nos lo decía el propio Ed Witten en 1996 en Physics Today, el destino del espaciotiempo continuo no está escrito en la teoría de cuerdas. Para la mayoría de los expertos más reputados en teoría de cuerdas el espaciotiempo es un concepto emergente. Por tanto, ¿es el espaciotiempo continuo un axioma (hipótesis que puede falsear el modelo) de la teoría de cuerdas? Aún nadie sabe cómo emerge y cuál es la naturaleza discreta del espaciotiempo en teoría de cuerdas, pero la mayoría de los expertos cree que lo que existe en la Naturaleza son “cuerdas” (en realidad campos cuerdísticos) sin un espaciotiempo subyacente a la escala de Planck, que emerge a baja energía a partir de los campos cuerdísticos.
Un último ejemplo, pues no quiero aburrir más. La teoría de cuerdas es una teoría cuántica que asume los principios y axiomas de la mecánica cuántica. ¿Descubrir la existencia de una teoría precuántica (de la que emerge la cuántica) falsea la teoría de cuerdas? De nuevo debemos contestar que no. Incluso nos lo decía el propio Ed Witten en 1997 en Physics Today, uno de los objetivos de la teoría de cuerdas es explicar por qué la mecánica cuántica es como es. La formulación actual de la teoría es cuántica, pero algunos axiomas de la mecánica cuántica parece que podrían ser derivadas de la teoría de cuerdas. ¿Demostrar que no existe una teoría precuántica y que la teoría de cuerdas no puede explicar todos los axiomas de la mecánica cuántica falsea esta teoría? No, como es obvio. Aún desconocemos cuáles son los axiomas de la física cuántica imprescindibles en teoría de cuerdas, pero la intuición de la mayoría de los expertos apunta a que no son necesarios todos, pero podrían serlo.
Y así sucesivamente… Podríamos poner muchos más ejemplos, pero lo que debe quedar claro al lector es que me ratifico en la opinión que expresé en mi artículo ”Introducción a la teoría de cuerdas” en el número 1 de la revista Amazings: “Predecir el futuro es imposible. La teoría de cuerdas ha recorrido un largo camino apoyada en la evidencia del modelo estándar de las partículas elementales y la gravedad de Einstein. (…) Pero todo lo que se sabe sobre la teoría de cuerdas se conoce bajo una aproximación matemática llamada teoría perturbativa. Se cree que la versión no perturbativa de la teoría dará respuesta a todos los grandes interrogantes clave de la física de altas energías: por qué la mecánica cuántica es como es, qué es el tiempo, por qué surgió nuestro universo en la gran explosión, [cómo emerge el concepto de espaciotiempo], etc. (…) Sin embargo, mientras no conozcamos la versión definitiva de la teoría de cuerdas, no podremos saber qué incógnitas sobre el universo es realmente capaz de explicar con éxito.”
Mientras no conozcamos la versión definitiva de la teoría de cuerdas, no podremos saber si será falsable o no falsable mediante experimentos. Pero mientras tanto nos tenemos que quedar con el argumento expuesto por Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) en Twitter:

Ciencia es lo que hacemos los científicos—
Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) April 30, 2013

Y científicos somos los que hacemos ciencia—
Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) April 30, 2013

Circular, sí, claro… ;-)—
Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) April 30, 2013

Aunque los filósofos de la ciencia opinen todo lo contrario. Por cierto, recomiendo la charla en youtube del genial Mario Bunge, “Pseudociencias Naturales,” Universidad de La Punta, San Luis, Argentina.

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