Apuntes científicos desde el MIT

Apuntes científicos desde el MIT

Este Blog empezó gracias a una beca para periodistas científicos en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Boston, donde pasé un año aprendiendo ciencia con el objetivo de contarla después. Ahora continúa desde Nueva York buscando reflexiones científicas en otras instituciones, laboratorios, conferencias, y conversando con cualquier investigador que se preste a compartir su conocimiento.

Teoría de cuerdas: ¡a por ella!

Por: | 01 de julio de 2008

La teoría de cuerdas tiene un gancho tremendo. Te transporta a un mundo de 11 dimensiones, universos paralelos, y partículas formadas por cuerdecitas casi invisibles vibrando a diferentes frecuencias. Además, te dice que no se trata de analogías sino de la estructura más profunda de la realidad, y que ésta podría ser la teoria final que unificara por fin a toda la física. ¿Ciencia, matemáticas, filosofía, literatura? a mi me fascina. He leído artículos, visto documentales , charlado con expertos… y siempre termino placenteramente alienado, sumergido en un mundo abstracto que nuestro cerebro no está diseñado para asimilar. Mi último cara a cara con la teoría de cuerdas fue en Nueva York hace unas semanas. Gracias al blog conocí a Sergio Lukic, un matemático que estudia la geometría de las dimensiones generadas por la teoría de cuerdas. Impresionante. Me impactó su sabiduría, capacidad comunicativa, y la cantidad de temas que Sergio era capaz de abordar. Durante dos intensas horas él hablaba y yo le interrumpía con mis dudas. Resultó tan gratificante, que le pedí que escribiera un texto de 1500 palabras para el blog. Cuando lo recibí, vi que Sergio había cometido un "error" bastante común en algunos científicos cuando divulgan: Si les restringes el espacio, en lugar de eliminar conceptos los condensan. En dos páginas de Word Sergio habla de supercuerdas, teorema de Gödel, modelo estándar, branas, multiversos, LHC, matemáticas, elegancia, política científica, polémicas, filosofía de la ciencia… Aquellos que ya estéis familiarizados con estos asuntos disfrutaréis. Otros quizás os perdáis en algún momento ☹. Esto sería un pecado capital en un programa de TV o en un artículo convencional, pero no en un blog donde podéis hacer lo mismo yo en el Starbucks que nos conocimos: interrumpirle y preguntar. ☺ Os dejo con el texto de Sergio, y su ofrecimiento a responder todas vuestras preguntas sobre teoría de cuerdas, física fundamental, matemáticas, partículas, universos múltiples… que el tema no os intimide; dejaos llevar libremente por él. Belleza matemática y quizá también ciencia, por Sergio Lukic Pregunta a cualquier aficionado a la ciencia qué es lo último en física teórica, y lo más seguro es que te hable de la teoría de cuerdas. Para ser sólo un marco teórico especulativo (todavía candidato a teoría científica), se ha convertido en todo un boom dentro del mercado estadounidense de la información. En los últimos años han aparecido varios libros de divulgación discutiéndola [1-7], la prensa escrita publica regularmente artículos sobre ella [12], los internautas buscan en Google más veces "teoría de cuerdas" que "física cuántica" o "relatividad general" [8] . . . hasta ha aparecido un programa de televisión dedicado a divulgarla [9]. Esta teoría propone sustituir la noción de partícula puntual, que es la utilizada en los modelos de partículas elementales tradicionales, por la de una cuerdecita vibrante. Los diferentes modos de vibración de la cuerda se corresponderían con los diferentes tipos de partículas elementales. Cada cuerdecita sería de un tamaño minúsculo (10-35 metros = 0.00000000000000000000000000000000001 metros), tan pequeño que si dilatáramos una de esas cuerdas hasta llegar al tamaño de un átomo de hidrógeno, un ser humano sería tan grande como una galaxia espiral del tamaño de la Vía Láctea. Uno de los problemas es que con la tecnología actual, no podemos saber si las partículas son realmente cuerdas o no. En la región del microcosmos a la que tenemos acceso experimental, las partículas elementales siguen pareciendo puntuales. Esto no significa que la teoría de cuerdas sea incorrecta, por ejemplo, el avance de la tecnología ha demostrado que en los aparentes "puntos luminosos" del cielo nocturno se esconden objetos muy complejos (planetas, estrellas, galaxias . . .). La única forma de probar la teoría es de forma indirecta, a través de sus consecuencias en la región del microcosmos a la que sí tenemos acceso. Una de esas consecuencias, quizá la más elegante, es que uno de los modos de vibración fundamentales de la cuerda es el de una partícula que transmite la fuerza de la gravedad. En el límite macroscópico de la teoría, las ecuaciones que gobiernan las interacciones de estados colectivos de cuerdas en ese "modo de vibración", se corresponden con las ecuaciones de la relatividad general de Einstein. En otras palabras, la teoría de cuerdas provee la única teoría microscópica de la gravedad que se conoce. (Representación pictórica de cuerdas microscópicas interactuando) Desde la aparición de la mecánica cuántica, el problema de construir una teoría cuántica de la gravedad que provea una descripción microscópica de la teoría de Einstein, se ha convertido en uno de los problemas más difíciles en la historia de la física teórica. La teoría de cuerdas resuelve ese y algunos otros problemas, aunque el precio a pagar es la aparición de muchísimos otros todavía no resueltos.

 Los otros problemas y la belleza matemática

 Hoy por hoy, dentro del rango de escalas microscópicas al que tenemos acceso, los fenómenos observados entre partículas elementales y sus interacciones son descritos por el modelo estándar de partículas y la teoría de la gravedad de Einstein. El modelo estándar asume, entre otras cosas, que las partículas son objetos puntuales. La estructura matemática del modelo es muy sofisticada: describe partículas que distinguen izquierda de derecha, partículas con propiedades estadísticas muy diferentes (fermiones y bosones), además contiene muchísimos elementos de teoría de grupos, integrales en espacios de dimensión infinita, y un largo etcétera.
Durante el desarrollo inicial de la teoría de cuerdas (1968-1984) quedó claro que las únicas formulaciones de la teoría que pueden describir la complejidad del modelo estándar, son las que tienen lugar en un espaciotiempo de 10 dimensiones (9 espaciales y 1 temporal). Por la misma razón, es necesario postular un nuevo tipo de simetría espaciotemporal conocida como supersimetría. La supersimetría relaciona las partículas fermión con las bosón. Cada partícula en la naturaleza es un bosón o un fermión; los quarks, electrones y neutrinos son fermiones, y los fotones y la partícula de Higgs bosones. Una de las implicaciones físicas de la supersimetría es que dobla el número de partículas conocidas, es decir, por cada fermión (respectivamente bosón) habría un bosón (fermión) que todavía no se ha detectado.

El requerir 6 dimensiones extra y supersimetría se puede interpretar como predicciones de la teoría [1,2,4,6] o como problemas de la misma [3,5,7], dependiendo del punto de vista. Un problema en el que están de acuerdo defensores y detractores, es la aparente variedad de teorías de cuerdas. Se conocen cinco tipos de teorías de cuerdas: la tipo I, la IIA, la IIB, la heterótica HO y la heterótica HE. Cada una daría lugar a diferentes fenómenos observables en la región del microcosmos que podemos acceder experimentalmente. Además, la innumerable variedad de formas de compactificar las seis dimensiones extra daría lugar a una cantidad mucho mayor de modelos que describen universos totalmente distintos.

En el proceso de entender cuales de esos modelos se asemejan al universo en que vivimos, han aparecido varias ideas matemáticas que arrojan luz sobre la elegancia de la teoría de cuerdas. Por ejemplo, en el universo que observamos hay tres dimensiones de espacio y una de tiempo; la única forma de que hubiera seis dimensiones extra es que éstas estuvieran "enrolladas" a escalas microscópicas. De la misma forma que un cable fino, el cual puede parecer una línea unidimensional, es una superficie bidimensional con la dimensión que describe su grosor "enrollada", la física que observamos dependería de las formas geométricas que contienen las seis dimensiones enrolladas (o compactificadas). Las matemáticas que describen la compactificación son muy elegantes. Hay matemáticas abstractas que fueron desarrolladas por motivos puramente estéticos, cercanos a la teoría de números y sin aparente conexión con física teórica, que ahora forman parte de la tecnología matemática que utilizan los teóricos de cuerdas. Matemáticos reconocidos mundialmente por sus contribuciones en matemáticas fundamentales, hoy trabajan en problemas de teoría de cuerdas. Y viceversa, estructuras matemáticas encontradas por teóricos de cuerdas han despertado tanto interés en el mundo de las matemáticas que han aparecido nuevas áreas de investigación entorno a ellas.

 La polémica

 Los espacios de Calabi-Yau, las branas y sus cargas, las cuerdas-instantón, los instantones, los fibrados estables, etc. son algunos de los conceptos asociados a la geometría que describe las dimensiones compactificadas. Hay evidencia de que el espacio descrito por todas esas posibles configuraciones geométricas, contendría muchísimos puntos que describen modelos semejantes a nuestro universo. Algunos teóricos de cuerdas proponen que todas esas configuraciones existen objetivamente en lo que llaman el multiverso. Combinado con el principio antrópico, dicho grupo de teóricos dice explicar porqué la constante cosmológica observada es tan pequeña. Simplificando, su argumento dice: "casi todas las configuraciones del multiverso corresponden a universos en el que la vida no es posible; obviamente nosotros vivimos en un universo de ese multiverso en el que la vida sí es posible; un análisis estadístico en el multiverso implica que lo más probable es que un universo donde la vida sea posible tenga una constante cosmológica pequeña y positiva" [6]. (Representación pictórica del multiverso) La principal crítica que está recibiendo la teoría [5,7] es que es incapaz de predecir nada. Peor aún, "ni siquiera se puede demostrar que la teoría sea incorrecta" dice Peter Woit, matemático de la universidad de Columbia. Los críticos denuncian que visiones como las del paisaje cósmico o la del multiverso [6] son tan flexibles que "todo vale": cualquier cosa que se descubra empíricamente se podrá explicar a posteriori con teoría de cuerdas, por que ésta contiene una cantidad enorme de posibilidades [7]. Otros críticos más radicales acusan a la teoría de palabrería sin contenido y de ciencia postmoderna [3]. A nivel político, Lee Smolin, un físico teórico del Perimeter Institute, denuncia que el poder que tienen los teóricos de cuerdas en las agencias federales de los Estados Unidos para financiar su investigación es desmesurado e injustificado [5].
Otros físicos defienden que la teoría todavía no está entendida correctamente y que es precipitado sacar conclusiones. Faltan muchos puzzles por resolver. Por ejemplo, hay evidencia de que las diversas teorías de cuerdas son límites diferentes de una teoría más profunda conocida como teoría M (donde M se refiere a Matriz, Misterio, Madre. . .). Sin embargo, formular en qué consiste exactamente esta teoría M se está convirtiendo en uno de esos proyectos a largo plazo donde no está claro que el "a largo plazo" no sea lo mismo que ilimitado. Al día de hoy aquel que quiera entender la teoría sólo aspira a conseguir un conocimiento parcial de la misma. Puede que la formulación completa de teoría M nunca esté al alcance del ser humano. Stephen Hawking es de esa opinión, y comentó al respecto: "alguna gente estará muy decepcionada si no existe una teoría final (refiriéndose a teoría M) que pueda ser formulada utilizando un número finito de principios físicos. Yo solía pertenecer al grupo de gente que pensaba que sí era posible, pero he cambiado de pensamiento", [10]. El premio nobel de física Freeman Dyson opina de forma similar: "El teorema de Gödel implica que las matemáticas son inagotables. Da igual cuantos problemas resolvamos, porque siempre habrá otros problemas que no pueden ser resueltos dentro de los mismos marcos teóricos. [...] Por el teorema de Gödel, la física también es inagotable. Las leyes de la física consisten en conjuntos finitos de principios y reglas racionales, incluyendo teorías matemáticas, por lo que el teorema de Gödel también aplica a las leyes de la física", [11].
Al margen del proyecto monumental en que consiste entender la teoría de cuerdas y la teoría M, la comunidad de físicos de partículas espera sorpresas durante los próximos años. El nuevo acelerador de partículas LHC (Large Hadron Collider) en CERN (Ginebra, Suiza) empezará a funcionar a finales de año [14] . El LHC es el mejor instrumento disponible para explorar regiones del microcosmos antes desconocidas. Qué veremos en el LHC y como se explicarán esos descubrimientos son las dos grandes cuestiones a seguir durante los próximos años. Desde la teoría de cuerdas hay esperanzas en descubrir supersimetría y/o dimensiones extra; lo que nadie ha predicho es si dichos fenómenos son perceptibles dentro del rango de microdistancias que el LHC puede explorar. La conclusión es que el LHC puede encontrar evidencia a favor de la teoría de cuerdas, aunque no tiene porqué encontrarla; lo difícil será que aparezca evidencia en contra.


***Comentario Personal***
Paralelo al avance científico, otro fenómeno interesante es el de la transformación social que está sufriendo el mundo de la ciencia. En ésta época de la historia de la física en la que un experimento puede involucrar cantidades enormes de recursos, una financiación de miles de millones de euros [14], equipos de varios miles de científicos, niveles de especialización y división de la labor sin precedentes [13]… estamos viendo un aumento inevitable en la politización de la ciencia. La división entre físico experimental y físico teórico se está sustituyendo por cadenas de producción de conocimiento con diversos grados en la división de la labor y en la dirección de los proyectos. Está por ver como muchos de los valores científicos, que tradicionalmente han sido defendidos por minorías de individuos (p.ej. la búsqueda desinteresada de la verdad, el escepticismo extremo. . .), sobrevivirán a las consecuencias de dicha politización.
Sergio Lukic
Refererencias [1] Brian Greene, The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory, W. W. Norton & Company, 2003. [2] Brian Greene, The Fabric of the Cosmos: Space, Time, and the Texture of Reality, Knopf, 2004. [3] John Horgan, The End of Science: Facing the Limits of Knowledge in the Twilight of the Scientific Age, Addison Wesley, 1996. [4] Lisa Randall, Warped Passages: Unraveling the Mysteries of the Universe's Hidden Dimensions, Harper Perennial, 2006. [5] Lee Smolin, The Trouble With Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science, and What Comes Next, Houghton Mifflin, 2006. [6] Leonard Susskind, The Cosmic Landscape: String Theory and the Illusion of Intelligent Design, Back Bay Books, 2006. [7] Peter Woit, Not Even Wrong: The Failure of String Theory and the Search for Unity in Physical Law, Basic Books, 2007. [8] Comparación del volumen de búsqueda de la frase "teoría de cuerdas" en Google Trends. [9] Nova, PBS, The Elegant Universe, 2004. http://www.pbs.org/wgbh/nova/elegant/ [10] Charla de Stephen Hawking en "Strings 02", Cambridge University, 2002. http://www.damtp.cam.ac.uk/strings02/dirac/hawking/ [11] Freeman Dyson, The New York Review of Books, 13 de Mayo del 2004. [12] Por ejemplo, artículos en The New York Times, Time magazine, The New Yorker. . . [13] http://www.nature.com/naturejobs/2006/060713/full/nj7099-218a.html [14] http://ngm.nationalgeographic.com/2008/03/god-particle/achenbach-text

Hay 51 Comentarios

Cualquiera puede evidenciar la existenicia de diversas dimensiones. Hasta los 30 años nunca salí por las noches. En la adolescencia, desde los 13 años me gastaba todo el dinero de las propinas de los domingos en libros de Ciencia. Me dedicaba a identificar y aprenderme los nombres en latín de todas las especies zoológicas y botánicas que descubría en mis salidas al campo. Dibujaba en una libreta los diversos tipos de seres microscópicos que observaba al microscopio... etc. Con 22 años tuve una experiencia sorprendente: Estaba durmiendo y me vi hace siglos en un país de Extremo Oriente, donde simultáneamente vivía la escena como actor de la misma y como observador desde cierta altura. Luego me encontré en total obscuridad… y una voz grave me dijo: - ¡Como no regreses ahora a tu cuerpo, no podrás hacerlo nunca! Sentí una gran angustia. Intenté regresar con celeridad a mi cuerpo físico, pero, no terminaba de encajar. Sentía un pitido muy agudo en mis oídos y un zumbido electromagnético por todo alrededor. Al fin logré encajar. Abrí los ojos, comencé a sentarme despacio y a recordar lo que me acababa de suceder... y no me lo creía. Era imposible. ¿Cómo podía haber estado fuera de mi cuerpo? No podía ser. Nadie me había dicho que eso fuera posible. Comencé a indagar y a buscar información en libros al respecto y descubrí que muchas personas a lo largo de la historia y en todas las latitudes del planeta habían tenido experiencias similares, pero, por miedo muchas veces la gente se calla. A los niños, los padres les regañan si cuentan dichas experiencias. Vivimos en una soterrada dictadura social donde se oprime lo que se opone al pensamiento o católico o ateo materialista establecido. Me sentí defraudado tanto por la Ciencia, la Religión y la Sociedad porque nadie me había dicho que a las noches salimos del cuerpo inconscientemente a la cuarta dimensión. Descubrí que hay técnicas y diversos factores que favorecen el salir conscientemente del cuerpo. Aparte de las muchas experiencias conscientes que tuve posteriormente en la cuarta dimensión, tuve dos experiencias años posteriores en que no sólo salí a la cuarta dimensión, sino a la quinta, a la sexta, etc., saliéndome de diversos cuerpos y yendo a una velocidad enorme hasta el centro de nuestro Universo. Cuando unos años después vi la película Stargate, me impresionó la escena del comienzo donde se desplazan a toda velocidad hasta otro planeta, que me recordaba a lo que yo había experimentado. Impresionante y totalmente real. En una ocasión, escuchando un C.D. de sonidos de canto armónico de los Tuvas, salí conscientemente esa noche de mi cuerpo apareciendo en el Asia Central y había una ciudad muy hermosa, pequeña con muchos edificios con cúpulas, las ovejas volaban planeando con los pliegues de piel que tenían entre las patas abiertas y había aves extrañas. En la cuarta dimensión no hay gravedad por lo que se puede volar y desplazarse a donde se quiera con sólo pensar en el lugar de destino. Le pregunté a un personaje sobre el nombre de una gran montaña y me lo dijo. Le pregunté cómo podía hacer para que al regresar al cuerpo físico lograse recordar bien ese nombre y me ayudó al respecto. Al despertarme recordé el nombre de la montaña y al mirar en un Atlas, vi que coincidía parte del nombre con algún nombre de Mongolia, que está justo al lado de la República Tuva. Busqué en Internet imágenes de la capital de la República Tuva y de alguna otra población del país y para nada se parecían a la ciudad que vi fuera del cuerpo, que era muy bella, por lo que concluí que sólo existía en la cuarta dimensión. Está muy bien realizar descubrimientos científicos mediante aparatos, pero, nos solemos olvidar que cada uno tenemos nuestro laboratorio psicofísico particular donde podemos experimentar por nosotros mismos cosas asombrosas. El silencio total de la mente es una de las puertas claves, así como el incremento del propio nivel energético para poder experimentar fuera del cuerpo en otras dimensiones, para lo cual el cuerpo físico debe quedar dormido. Se puede pensar perfectamente en la cuarta dimensión por lo que es falso que los pensamientos se originen en el cerebro físico. El cerebro es sólo el vehículo de expresión de los pensamientos en el mundo tridimensional y no su generador. Apertura mental y espíritu investigador sin ningún tipo de prejuicios es lo que se necesita en este mundo, porque hay demasiados prejuicios tanto religiosos como materialistas que impiden descubrir la verdad. El Universo está lleno de infinitos secretos y no somos más que simples ignorantes. Todo está aún por descubrir. Humildad y más humildad. Dentro de 100 años se reirán de muchas de las ideas y puntos de vista que hoy consideramos como reales.

Increíble!

No se debe abusar de Goedel. No toda teoría con un numero finito de axiomas es indecidible o inconsistente. Para eso Tarski probo que la Teoría de primer orden sobre los reales es completa y decidible. Por eso, aunque sea duro explorar el fondo de una teoía, no se debe caer en la creencia de la indecidibilidad hasta que no se prueba. No se debe caer en el abandono. Solo recurdese que se tardaron tres mil años en alcanzar (por Riemann) una nocion estable de variedad diferenciable de la que luego se beneficiarian Poincare y Einstein para parir la Teoria de la relatividad. Tres mil años mas (en modelizar la Teoria de las cuerdas y desarrollar su potencial contraste experimental) no es nada. En cuanto a la dialectica ciencia/filosofia no deberia haber tal. El pensamiento abstracto basado en un lenguaje formal es ciencia (teorica, pero ciencia). La pretension de un contraste experimental, entonces es ciencia experimental. De hecho, en el caso indecicible ni una infinidad numerable (e inalcanzable) de expeirmentos podria ayudar Si, finalmente, uno reduce sus reflexiones al uso de un lenguaje natural entonces es filosofia. El salto de uso de un lenguaje formal es el salto hacia el modelo y, por ende, a la ciencia per se. Un simple ejemplo: la tradicion de la ciencia es el esquema: oibservacion, experimentacion, modelizacion teorica, deduccion matematica, contraste experimental. Pues bien, hay todo un universo (muy en vigor en estos dias) que no ha seguido el mismo proceso. Comienza directamente en el modelo abstracto, sigue con la deduccion matematica y solo al final se produce un objeto que se ajustan al modelo teorico. Una vez construida la copia natural del modelo abstracto se pueden iniciar el modelo cientifico al uso: experimentacion,..... Por si no os suena esta es la historia de la informatica. Del modelo de Turing sugrne las maquinitas con las que nos comunicamos. Y el modelo abstracto de Turing (la maquina Universal como compilador e interprete) no es nada mas que un objeto matematico sin existencia en la naturaleza. Por cierto, un modelo que solo mpretende el analisis de los lenguajes formales (vease la jerarquia de Chomsky). El ejemlo de la computacion cuantica es similar: sigue siendo, aun hoy, un modelo abstracto sin existencia fisica. SOlo los resultados (teoricos) de Shor garantizan que, si existiere tal device, entonces se podrian romper cienrtos cirptosistemas. En fin,... En otras palabras, la ciencia esta llegando al punto de que es capaz de interactuar con la realidad fisica partiendo simplemente del modelo abstracto. SI las reacciones a los trabajos de Goedel y Turing hubieran sido las mismas que las reacciones que se entreleen sobre la Teoria de cuerdas, entonces hoy no nos estariamos comunicando por un ordenador. Apoyemos a la ciencia que parte de modelos teoricos y no nos preocupemos tanto por contrastarla experimentalmente: dejemos que se desarrolle y sepamos esperar. Los cientificos son esos tipos medios bobos (con perdon) que si llegan a poder probar que algo no sirve, simplemente lo diran y gratis!. Un abrazo,

"La teoría de cuerdas tiene un gancho tremendo. Te transporta a un mundo de 11 dimensiones, universos paralelos, y partículas formadas por cuerdecitas casi invisibles vibrando a diferentes frecuencias" Es curioso. El modelo estándar de la física de partículas más la relatividad general y el modelo estándar del Big Bang+inflación ofrecen todo eso y además son ciencia robusta y más sencilla de explicar al gran público. Richard Feynman siempre decía que para entender las cosas complicadas hay que primero entender las cosas sencillas. Escribí hace tiempo algunas entradas sobre este asuntu en mi blog http://ecos.blogalia.com/historias/42001

Lo del LHC, tengo la profana pero incómoda sensación, que es como intentar averiguar como funciona un coche, disparándole un cañonazo, y luego sacar deducciones a partir del análisis de las piezas que salen despedidas ... o peor todavía, analizando la velocidad y dirección en que dichas piezas salen disparadas :-D Otrosí: Muy buen blog, lo acabo de descubrir y es muy interesante.

Impresionate el blog. Lo leo desde hace tiempo. No lo dejes nunca... Gracias

.- Por que al LHC se le llama colisionador de HADRONES? Se dispararan solo protones y neutrones? Que hay que hacer chocar exactamente para que aparezca el boson de Higgs de entre la sopa? O cualquier particula basta si se lanza con suficiente energia? Mike, el núcleo del átomo está compuesta de quarks .En la naturaleza los quarks no se encuentran solos, siempre están en grupos llamados HADRONES de dos o tres quarks que se conocen como mesones y bariones. Los hadrones se subdividen a su vez en: 1) BARIONES: que son fermiones, siempre un número cuántico conservado llamado número bariónico (B).B=para los nucleones del (protón y el neutrón). 2)LOS MESONES, que son bosones con B=0. Las partículas de Higgs son hipotéticas, mencionadas por Lederman.

elmundoentusojos: Preguntas: ¿cómo puede ser el Universo a la vez predecible (macro) e impredecible (micro) según la Teoría de Cuerdas? Muchas de las teorías físicas consisten en fenómenos emergentes. Es decir, la teoría describe fenómenos que tienen lugar en escalas (distancia, energía . . .) mucho mayores (o menores) que cierta escala donde la teoría pierde su poder predictivo. Un ejemplo sencillo es aproximar la tierra por una esfera perfecta. Si uno mira a la tierra desde la Luna y quiere estudiar su campo gravitatorio, la aproximación es bastante buena. Sin embargo, si uno se acerca más, con un transbordador espacial por ejemplo, la tierra empezará a parecerse más a un plano bidimensional. Y se se acerca aún mas, uno tendría que considerar todas las irregularidades en la superficie, como montañas, valles. . . En física, a veces, uno suele hablar de descripciones efectivas de la naturaleza. Uno sabe que la tierra no es una esfera, pero desde la Luna, es una descripción efectiva --es una buena aproximación-- considerarla como tal. La gravedad de Einstein es una descripción efectiva de la naturaleza a distancias mucho mayores que cierta distancia fundamental, la longitud de Planck, donde los efectos cuánticos no se pueden despreciar. La teoría de cuerdas ofrece una descripción en ese régimen en el que la teoría de Einstein deja de tener sentido. En teoría de cuerdas, uno estudia límites efectivos de la teoría. Por ejemplo, el límite en el que la cuerda es tan pequeña, que se puede aproximar por un punto. En ese límite, uno estudia la descripción efectiva de la teoría de cuerdas, y la compara con lo que observamos. Es así como la teoría de Einstein "emerge", como una descripción efectiva de la teoría de cuerdas en el que la cuerda se puede aproximar por un punto. ALPLA: Brevemente: ¿Pueden existir leyes diferentes en diferentes puntos del universo? Sí. Puede haber una región del universo separada del nuestro por lo que se llama un Wall (Muro), donde las constantes físicas y otras fuerzas de la naturaleza son diferentes. ¿Como influiría eso en el universo? No tiene que influirnos mucho. Como dices, en algunos de esos universos no habría formas de vida inteligente. Cruzar el Muro significaría dejar de existir. La única forma de estudiar lo que hay más allá del muro sería mirando al muro desde nuestro universo: estudiar lo que emerge del muro, que tipo de radiación emite, como absorbe materia de nuestro universo. . . ¿Hay alguna teoría que explique el valor de esas constantes? Sí. La teoría de cuerdas explica el valor de las constantes. Simplificando mucho: las formas geométricas de las dimensiones compactificadas explicarían el valor de esas constantes. Nergal y el del Atleti: Saludos y gracias. Max: Esa es una pregunta filosófica. La respuesta depende del físico al que preguntes. Muchos físicos hablan de La Realidad Objetiva. Sería una de las posiciones metafísicas que más gente asume en el mundo de la física. Dirían que no sabemos que es todo lo real, aunque tenemos acceso a componentes de la realidad mediante el experimento. Desde ese punto de vista, la ausencia de tecnología para "observar" las cuerdas impediría decir que la cuerda es real; uno sólo podría hablar de indicios sobre su realidad. Desde el punto de vista de Karl Popper, preguntar si la cuerda es real o no, carece de sentido científico. Uno sólo puede preguntar qué se puede observar en un experimento y qué no. Así que sólo las descripciones efectivas de teoría de cuerdas serían científicas. Lo cierto es que para describir lo que observamos uno utiliza un lenguaje matemático muy rico. Uno busca una construcción matemática elegante y sencilla que permita describir lo que se observa experimentalmente. Sin embargo, el atribuir existencia real a los objetos matemáticos utilizados, no es ciencia. En mi opinión uno debería hablar de lenguaje y fenómenos, y no tomarse muy en serio "la realidad objetiva". Sobre si es caro. No es caro. El problema es que hay un único presupuesto dedicado a física teórica. Hay gente que no está en teoría de cuerdas y que compite por financiación dentro del mismo presupuesto; algunos de ellos son los que protestan contra la gente de cuerdas . . . Mike: 1. Los protones son un tipo de hadrones. El LHC hace colisionar protones contra protones. Cada protón está compuesto de 3 quarks. Así que en cada colisión se esperan colisiones del tipo quark-quark. El modelo estándar predice que una de las partículas que resultan de ese tipo de colisión es el bosón de Higgs. 2. Sí y no. ¿Qué es sencillez matemática?. Por ejemplo alguien diría que QCD (cromodinámica cuántica) es matemáticamente muy sencilla, aunque hay cálculos que son muy complicados. Algo similar se esperaría con una teoría unificadora: sencillez conceptual en la teoría matemática, aunque no necesaria sencillez en la deducción de las cantidades que se observan experimentalmente. Saludos y gracias. Sergio.

Muy interesante, Sergio, el enlace que me has dejado. Me encanta la ciencia, aunque lo que más me gusta es la neurociencia, no puedo descartar ningún conocimiento, obviamente la física es fantástica. Mi físico y matemático preferido sigue siendo Newton. La ciencia está, por principio, sujeta a permanente revisión, y varios siglos después de Newton, Einstein, hizo otra abstracción casi tan grande como la suya y proporcionó lo que hasta ahora creemos que es la mejor explicación del Universo. No será el último... Seguimos necesitando mentes preclaras como la de Einstein, pero la de Newton dio a la humanidad más que ninguna otra hasta la fecha. Hoy día viajamos al espacio y calculamos las trayectorias de las naves espaciales usando la matemática y la física de Newton. Me quedo por lógica con Poincaré, antes que con Gödel & cia. Jules Henri Poincaré exclamaba hablando del infinito y la nada: "¿Es posible razonar sobre objetos que no pueden ser definidos en un número finito de palabras? ¿Es posible aún hablar de ellos y saber que lo que hablamos tiene algún sentido? ¿O por el contrario, deben ser considerados inconcebibles? Para mí, no dudo en considerarlos mera nada". El Universo es finito e ilimitado; creo, pues es la explicación más razonable y por aquello de la navaja de Ockham. A ver si el LHC no da algunas pautas. Muy interesante todos los comentarios. Saludos a tod@s.

Ah, por cierto, sobre la polemica de si la teoria de cuerdas es ciencia o no (ya que nadie empieza la polemica, la lanzo yo, ariesgo de encender susceptibilidades)…Yo creo que cuando se intenta entender la realidad mediante experimentos fisicos…hablamos de Ciencia. Cuando lo intentamos mediante el pensamiento, hablamos de Filosofia. La filosofia se convierte en ciencia tan pronto podemos hacer un experimento para comprobar una idea…y la ciencia se convierte en filosofia cuando el cientifico levanta la vista de los datos y empieza a elucubrar nuevas ideas, teorias... O sea, que una y otra corren y bailan juntas siguiendo el mismo camino hacia la verdad (aunque la filosofia es mas rapida y agil, al no tener el lastre del experimento). Son las matematicas pensamientos o experimentos? Yo, al no ser platonico en este aspecto, considero que las matematicas, por si solas, no existen, aunque son las “reglas” por las que el universo funciona. La realidad no puede ser sino “logica”, “real”, por tanto, matematica. Como seria en caso contrario? Conclusion, considero a los matematicos y fisicos “de cuerdas” mas como filosofos que como cientificos. Y que conste que esa consideracion incrementa aun mas mi intensa admiracion hacia ellos.

Hola Sergio, Si me permites, me gustaria hacerte dos preguntas breves: 1.- Por que al LHC se le llama colisionador de HADRONES? Se dispararan solo protones y neutrones? Que hay que hacer chocar exactamente para que aparezca el boson de Higgs de entre la sopa? O cualquier particula basta si se lanza con suficiente energia? 2- Hay en la mente de todos los fisicos que trabajan en teoria de cuerdas la remota esperanza que la teoria final que englobe las cuatro fuerzas, si es que existe, y si es que se encuentra, sea no solo elegante sino relativamente mucho mas simple, matematicamente, de lo que ahora parece? Gracias y cordiales saludos

Sergio, las cuerdas son reales? es decir: esa es la forma de las particulas? o se trata de una forma de hablar? hablas de financiacion, pero no parece que deba ser muy caro investigar esto, no? ha pensado alguien en posible aplicaciones, aunque sea indirectas?

Este blog es la caña. Felicidades y gracias. Es una lástima que estas cosas aparezcan tan escondidas. Debería aparecer en un lugar bien visible de la web de El Pais. Yo me estoy haciendo asiduo desde que lo descubrí.

Un articulo muy elegante. Enhorabuena por la pagina. Sin duda estamos viviendo una epoca en la que la ciencia avanza mas deprisa de lo que la opinion publica puede soportar. No hay mas que ver la paranoia del fin del mundo con el LHC. Sin embargo creo firmemente que ninguna investigacion es del todo inutil y la teoria de cuerdas, aun si suponemos que es falsa, nos llevara a conocimientos muy importantes. Lo bueno de la ciencia es que lo que creias que era el fin se convierte en el camino. Un saludo

Tengo un blog de poesía y prosa poética en diario El país: ENFUNDÁ LA MANDOLINA. Están invitados a leerlo. http://lacomunidad.elpais.com/luciafolino/posts

Tengo un blog de poesía y prosa poética en diario El país: ENFUNDÁ LA MANDOLINA. Están invitados a leerlo.

Publicado en http://premioparalucia.blogspot.com en Buenos Aires, 11 de julio de 2007- (hay referencias a personas y situaciones reconocibles en nuestro ámbito local) TEORÍA DE LAS CUERDAS. LA TEORÍA DE LAS CUERDAS DEL CIENTÍFICO MALDALUCENA PROPONE LA EXISTENCIA DE INFINIDAD DE UNIVERSOS PARALELOS. Y PARA LELOS. No alcanza con conocer las cuerdas, también hay que saber tocar las locas, las insanas y las que están en terapia de diván por dementes, no desmientas, y van... Además, ¿para qué queremos solo las cuerdas si no tenemos la caja de resonancia de una guitarra, y otras partes tales como el puente, la boca,... la bombonera, los partidos que nos suenan a boca de jarro, la guita en otras partes, el Sur paredón, el don, Rolo Puente, y después, más allá la inundación? Es una Teoría, digo. Teo (Dios) ría (es preferible... así la vida se debe pasar... loj rato bueno...¡ay!, que aprovechar.) Si querés organizamos un campeonato del absurdo beckettiano, joyceano y berkeleyano para explicar el ano, el cosmos, la Cosmopolitan, la Viva y las Miradas de Karl Sagan, famoso autor de la saga del Padrino, y del Capital de los los éngeles y notificamos a don Cosme Argerich calle de Villa va nana Pueyrredón, que se calle. Làstima que ni saldré segunda con mi explicación de late o ría (alguien copiará mi idea original, lo hará tan mal y tan estupidamente que se llevará el primer premio, como es menester si es pariente de los del Rocìo Jurado de Tinelli, te juro). Los de la Universidad de Prince e-tone, Sting e-tone, Queen e-tone y Tono Andreu no me publicaron y ahora no tengo teléfono por falta de tono. De tono muscular y a Gogó. Malo, malo, malo ere... no se engaña a quien se quiere... ¡¡¡Viva la Pepa!!! ¡¡¡Viva el Papa, la papa y viva la Reina Batata Clerc de Gable!!! Yo inventé la correspondecia Maldá Lu Cena... ¿y...? Lu. (La idiotez, obra y epígrafe tomados del blog: "Siempre nos quedará Paris") "La idiotez es una enfermedad extraordinaria; no es el enfermo el que sufre por ella, sino los demás. Voltaire."

Tenemos un conocimiento limitado en 3 dimensiones espaciales y 1 temporal de un punto infinitesimal del universo. ¿Pueden existir leyes diferentes en diferentes puntos del universo? Por ejemplo, la velocidad de la luz podría ser diferente en una región a millones de años luz de aquí, o la constante gravitatoria, etc. ¿Como influiría eso en el universo? En lugar de decir que el universo está proyectado para la vida, tal vez sería más fácil que estemos en una región del universo cuyas leyes sean adecuadas para la vida. Por cierto, en todas las teorías hay constantes (gravedad, electromagnetismo, etc.). ¿Hay alguna teoría que explique el valor de esas constantes? En cosmología frecuentemente se mezclan filosofía y ciencia, lo que la hace muy interesante, aunque se corra el peligro de tender a confirmar las teorías propias. Un blog muy interesante.

Gracias por el texto. Una pregunta: me gustaría que me aclarara cómo se supone que la Teoría de Cuerdas es capaz de unificar las fuerzas que rigen el macro y las que rigen el micro. Es decir, ¿cómo puede ser el Universo a la vez predecible (macro) e impredecible (micro) según la Teoría de Cuerdas?

Colombeti: El libro que recomienda j., Gödel, Escher, Bach , es un texto divulgativo bastante bueno para leer mas sobre el teorema de Gödel. Gracias por el comentario. j.: Gracias por el punto. Anonimo: Sobre lo del LHC cargarndose el mundo, hay varios articulos en el New York Times que a lo mejor te interesan: http://www.nytimes.com/2008/04/15/science/15risk.html http://www.nytimes.com/2008/06/21/science/21cernw.html http://www.nytimes.com/2008/06/27/science/27collider.html Jose Manuel: Tienes toda la razon, la ingenuidad filosofica abunda entre matematicos y fisicos teoricos. Por otro lado, esa ingenuidad ha sido clave para que gente como Newton, Gödel, Nash . . . "trajeran" al mundo los resultados matematicos que han traido. Hay un documental de la BBC relacionado, que a lo mejor te interesa: http://www.bbc.co.uk/bbcfour/documentaries/features/dangerous-knowledge.shtml El punto es que si un matematico tuviera el grado de nihilismo de las corrientes filosoficas posteriores a Kant-Hegel, dificilmente se encerraria en soledad, durante annos, para demostrar un teorema matematico. Sacrificios como ese, les ha costado a muchos perder la cordura. Muchos filósofos contemporáneos dirían que el mundo social de los matemáticos y/o los físicos teóricos consisten en ejemplos clásicos de "Oedipal patriarchies" (como quiera que se diga en Español). La frase clásica de Newton 'If I have seen further it is by standing on the shoulders of giants', resume esa vision épica que tienen muchos matematicos y físicos de los 'papás', los que han hecho las grandes contribuciones en su campo. Es cierto que algunos no solo admiran a esos "héroes de las mates" si no que además creen que su creación reside en un mundo ideal platónico. De todos modos, mucha gente en las mates no nos tomamos tan en serio esa mitología. Depende de la persona. Sid: Es una pregunta dificil. Si quieres publicar un revista de prestigio: con 3-5 años de doctorado puedes conseguir algún resultado interesante. Si hay algo que se nos escapa. Claro que sí. Se necesita un punto de vista diferente, nuevo. ¿cómo encontrarlo?. . . no sé. De todos modos, es un campo muy difícil, y con muchos sub-campos y especialistas. Nunca serás capaz de entender todos los detalles de los trabajos de toda la gente que hace teoría de cuerdas. Hoy por hoy, así es como se está avanzando, con muchos grupos de especialistas trabajando en áreas diferentes. Lo más que puedes hacer es apostar por un grupo que esté haciendo algo prometedor. Sirio: Gracias por tu comentario. Sergio.

Hola, Excelente blog y excelente entrada, muchas gracias. Yo trabajo en teoría de cuerdas y, respondiendo al comentario de Sid, creo que uno de los problemas que tiene es que está adquiriendo un grado de complejidad tal que se necesitan muchos años de estudio antes de poder hacer una contribución nueva. En otros campos un estudiante de doctorado puede tener una buena imagen global en su campo y ser un experto de su tema en concreto en relativamente poco tiempo, en teoría de cuerdas no es el caso. Por otra parte quería resaltar que hay una razón por la que hay tantos físicos teóricos que llevan tantos años estudiando una teoría que, como bien dice Sergio, no tiene predicciones que puedan comprobarse en un experimento a corto plazo. No es cabezonería ni amor por la filosofía sino más bien falta de alternativas. Aunque existe alguna otra teoría cuántica de la gravedad, creo no equivocarme al decir que una gran mayoría de la comunidad piensa que el único candidato razonable que tenemos hasta ahora es la teoría de cuerdas. Los 2 grandes descubrimientos en física del siglo XX fueron la mecánica cuántica y la relatividad general. Hoy en día no hay duda de que ambos funcionan y describen el mundo en el que vivimos por tanto hand de ser compatibles. La única teoría capaz de casar ambas es, hasta ahora, la teoría de cuerdas y esa es la razón por la que seguimos trabajando en ello a pesar de todo. Un saludo.

Fascinante blog, gracias Pere Sergio. Obviamente la teoría de supercuerdas ha "crecido" y ahora es un "monstruo" gigantesco del cual solo se pueden estudiar partes. Me temo que la elegancia y la brevedad que tienen otras teorías (relatividad, electromagnetismo) están perdidas en una complejidad ilimitada. Una pregunta para Sergio: ¿Cuantos años hay que estudiar (aparte de la carrera de cinco años y del doctorado de otros 4 o 5) para poder tener un control "razonable" de la teoría de supercuerdas y publicar en revistas decentes? El que el tema sea tan complejo no te hace pensar que "algo se nos debe estar escapando"? Un abrazo y muchas gracias!

¡Cuán sobrevaloramos a Gödel! Gödel partía de prejuicios. Me voy a referir ahora a la existencia de ideas y conceptos matemáticos en relación con el mundo real. Y aquí Platón, a pesar de los muchos siglos que nos separan de él, ejerce una clara influencia. El platonismo sigue vivo en muchos matemáticos actuales. Según Platón, los objetos matemáticos, aunque no son ni físicos ni materiales, tienen una existencia real, independiente del hombre, existen fuera del espacio y el tiempo. La labor del matemático no consiste en inventarlos, pues ya existen, sino solamente en descubrir sus propiedades. Resulta, que el mayor lógico del siglo XX, Kurt Gödel, fue un platónico totalmente convencido. Cuenta Gödel que cuando ingresó en la Universidad de Viena, en 1924, su intención era graduarse en Física, pero al recibir clases del matemático Phillips Furtwängler, especialista en teoría de números, quedó tan impresionado que cambió la física por las matemáticas. Un maestro de Gödel, Hans Hahn, al que conocemos muy bien los que trabajamos en análisis funcional, pues su nombre va unido al de Stephan Banach, en el llamado teorema de Hahn-Banach, puso en contacto a Gödel con el famoso Círculo de Viena, entre cuyos componentes figuraban científicos relevantes, uno de ellos el mismo Hahn. En el año 1926, cuando Gödel se incorporó a este grupo, se reunían en un seminario de la Facultad de Matemáticas de la Universidad de Viena. Allí se dedicaban a construir una filosofía de la ciencia que se conoce ahora con el nombre de "positivismo lógico" y que sostiene que una afirmación para que tenga sentido ha de ser verificable por la experiencia física. Esto chocaba, obviamente, con el platonismo de Gödel. Por otra parte, los componentes del círculo de Viena eliminaron el concepto de Dios. Entonces Gödel a pesar de que les respetaba mucho científicamente, como era profundamente religioso, les abandonó.

A ver si en el CERN de tanto buscar supercuerdas se van a cargar el mundo...

Colombeti: Gödel, Escher, Bach es un buen libro divulgativo sobre el teorema de Gödel y asuntos relacionados. Si quieres ver un texto más técnico donde puedas explorar las matemáticas del resultado The Incompleteness Phenomenon de Martin Goldstern y Haim Judah es una excelente introducción a la lógica matemática que incluye una demostración de los teoremas de completitud e incompletitud de Gödel.

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Pere Estupinya

. Soy químico, bioquímico, y un omnívoro de la ciencia, que ya lleva cierto tiempo contándola como excusa para poder aprenderla.
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