Strings 2011, el resumen de Jeff Harvey: Poca teoría de cuerdas, poca física fundamental y mucha matemática

 

La edición de 2011 del congreso Strings se ha celebrado en Uppsala, Suecia, la semana pasada. Jeff Harvey resume el congreso parafraseando a Monty Python: “No, he’s not dead, he’s resting” (la teoría de cuerdas no está muerta, está descansando). Harvey espera que ocurra un milagro en el LHC del CERN en los próximos años, o en el análisis matemático de las soluciones para el vacío, que logre que la teoría de cuerdas renazca de sus cenizas cual ave fénix, más viva que nunca. El vídeo de todas las charlas está disponible en la web para todos los interesados. La mayoría de las charlas son muy técnicas, aún así, si te apetece, podrás disfrutar de las charlas de Edward Witten, Juan MaldacenaMichael GreenBrian Greene, David Gross, Frank WilczekNathan Seiberg, Andrei Linde, Erik Verlinde, Ashoke Sen, y muchos otros.

Un buen punto de partida es la última charla, resumen del congreso, de Jeff Harvey. Según Jeff en los últimos 16 años, con el descubrimiento de que la teoría de cuerdas incluye branas, ha cambiado la definición de la teoría y ahora en lugar de una teoría de todo que unifica toda la física, más bien es el límite para N grande de una teoría gauge  (N se refiere al el número de “cargas de color” en una teoría cuántica de campos basada en el grupo de Lie SU(N), una generalización de la cromodinámica cuántica, la teoría de los quarks y gluones). Por ello en Strings 2011 se ha hablado más de branas que de cuerdas, más de la dualidad gravedad/gauge (AdS/CFT) para calcular amplitudes de dispersión que de física fundamental, más de Alexander Goncharov que de Edward Witten.

Los progresos recientes en las técnicas para calcular amplitudes de dispersión (Niklas Beisert, Henriette Elvang, Michael Green, Henrik Johansson, Anastasia Volovich), que reformulan la teoría de perturbaciones en teoría cuántica de campos, han sido enormes, aunque aún no se conoce el principio físico fundamental que subyace a dichos progresos, si es que hay alguno. Según Jeff Harvey en los próximos años cambiará completamente nuestra manera de entender la teoría de perturbaciones y este cambio acabará reflejado en los libros de texto. La finitud de la teoría supersimétrica de Yang-Mills con N=8 supersimetrías (N=8 SYM) hasta 5 bucles (loops) ya no es un milagro y se entiende su origen (ciertas simetrías en las amplitudes), pero ya se sabe que no funciona para 7 bucles (se necesita un nuevo milagro, nuevas simetrías) y para más de 7 bucles quizás se necesiten infinitos nuevos milagros. En cuanto a las teorías N=4 SYM el progreso está bastante estancado (en opinión de Jeff Harvey) aunque se han aplicado técnicas muy ambiciosas y prometedoras (teoría de perturbaciones, AdS/CFT, integrabilidad, nuevas simetrías, etc.); habrá que esperar a futuros congresos Strings para ver si acaban funcionando como se desea.

La teoría de cuerdas como rama de las matemáticas, o de la matemática física, también ha copado muchas charlas en Strings 2011 (Sergio Cecotti, Miranda Cheng, Davide Gaiotto, Sergei Gukov, Greg Moore, Alexei Morozov, Samson Shatashvili, Dimitrios Tsimpis, Edward Witten). Gracias a la teoría de cuerdas se han podido conectar diversas ramas de las matemáticas, en apariencia alejadas, lo que ha permitido importantes progresos en dichas ramas (homología de Khovanov, formas modulares de Mock, motivos, categorificación, teoría de Chern-Simons no compacta, etc.). Por ejemplo, las conexiones entre los grupos esporádicos (como Moonshine) y la supersimetría o las compactificaciones más realistas son muy sugerentes, pero por ahora estos avances matemáticos no tienen un reflejo en la física fundamental. Se pregunta Jeff Harvey de forma elocuente: “What is going on?” (¿Qué está pasando?”).

La única oportunidad para progresar en teoría de cuerdas desde el punto de vista experimental es la cosmología y los futuros resultados del satélite Planck sobre la inflación cósmica (que permitirá explorar la escala de Planck). Algunas charlas han tratado de progresar en las soluciones cosmológicas en teoría de cuerdas compatibles con un espacio de De Sitter (Mariana Grana, Brian Greene, Andrei Linde, Juan MaldacenaLiam McAllister, Gary Shiu), pero los progresos son más lentos de lo esperado y hay muchos escépticos. Las soluciones cosmológicas con inflación en teoría de cuerdas son extremadamente complicadas y su comparación con datos experimentales parece muy difícil.

Los teóricos de cuerdas esperan que el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN descubra la supersimetría, pero lo que parece seguro es que entre 2011 y 2012 se encontrará el bosón de Higgs (Frank WilczekFabio Zwirner). Según Jeff Harvey hay muchas razones para esperar que el LHC encuentre física más allá del modelo estándar (algo más que el Higgs) pero lo que no está claro es que pueda hacerlo en los próximos dos años.

También se han presentado progresos en ciertas teorías supersimétricas en esferas (Davide Gaiotto, Sergei Gukov, Marcos Marino, Greg Moore, Vasily Pestun, Nathan Seiberg) y sobre la entropía de los agujeros negros (Subir Sachdev, Ashoke Sen). De hecho, los aspectos de la teoría de cuerdas reconocibles para un teórico de cuerdas anterior a 1998, como las compactificaciones o la dualidad T, también han aparecido en algunas charlas (Mariana Grana, Brian Greene, Chris Hull, Andrei Linde, Liam McAllister, Gary Shiu, Dimitrios Tsimpis, Frank WilczekFabio Zwirner). Según Jeff Harvey muchos de estos problemas clásicos en teoría de cuerdas aún requieren futuros avances y/o ideas.

Las aplicaciones de la dualidad gauge/gravedad (CFT/AdS) a campos alejados de la teoría de cuerdas, como la física de la materia condensada, han crecido mucho en los últimos años (Rajesh Gopakumar, Mariana Grana, Thomas KloseMarcos Marino, Shiraz Minwalla, Yaron Oz, Vasily Pestun, Subir Sachdev, Tadashi Takayanagi, Erik Verlinde). Este progreso es importante para la teoría de cuerdas pues permitirá estudiar en laboratorio las propiedades de análogos a los agujeros negros y si la teoría de cuerdas describe correctamente sus propiedades cuánticas. Aunque desde un punto de vista teórico todavía no se entienden los fundamentos en detalle la dualidad gauge/gravedad.

Los progresos en aplicaciones de la dualidad AdS/CFT son importantes en muchos campos, no solo en física de la materia condensada. Jeff Harvey destaca el caso de la física de fluidos y el artículo de Lehner y Pretorious sobre “cuerdas negras” (black stringsPhys. Rev. Lett. 105, 101102 ,2010); el horizonte de sucesos sufre una inestabilidad que se puede modelar por las ecuaciones de Ginzburg-Landau y genera una secuencia autosemejante de horizontes en horizontes. Estos resultados son muy similares al problema del “pinzado” (pinch-off) de un chorro líquido que da lugar a la formación de gotas; se produce un “cuello” (neck) que da lugar a otro y a otro, con un comportamiento autosemejante similar. La analogía la ilustra muy bien esta figura de Jeff. Muy sugerente, sin lugar a dudas.

He de confesar que me gustó más el congreso Strings 2010 (Texas), aquí las charlas en vídeo, y eché de menos que en Strings 2009 (Roma) no se grabaran los vídeos de las charlas.

PS (5 julio 2011): El programa de Strings 2011 ya incluye las tranparencias de las charlas en pdf.

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22 pensamientos en “Strings 2011, el resumen de Jeff Harvey: Poca teoría de cuerdas, poca física fundamental y mucha matemática

  1. Modestamente, estoy verdaderamente asombrado de tanta sofisticación matemática, tratando de explicarla mediante grandes laboratorios, experimentos locales, como el LHC. Buscar en el laboratorio las propiedades físicas de la naturaleza que puedan “encuadrarse” en los modelos matemáticos para seguir sofisticandolos…………no me parece el mejor camino para entender a la naturaleza. La naturaleza está ahí, y somos parte de ella. Creo que un camino mejor es observarla, a lo grande, simplemente observarla y sacar conclusiones del conportamieto, por ejemplo, del universo. Sí, la cosmología puede que sea una mejor vía de acercamiento para entendernos…….

    • El camino que tu planteas para entender la naturaleza se llama “Filosofía”

      • Creo incompleta tu frase. Me parece más completa “Filosofia de la Ciencia” .Y desde luego en cualquier caso la cosmologia es una ciencia, no una filosofia a secas……………..

    • Oh parece que tiene una idea distorsionada de como hacemos física. Sera conveniente que se lea “El carácter de la ley física” de Feynman.

      • Gracias por la recomendación. Leí a Feynman hace bastante tiempo, casi todo lo suyo. Quizás debería volver a los “origenes” y recordar lo que aprendí de él con tanto gusto…………..

  2. Estoy de cuerdo con lo que dices, no me han convencido nada la mayoría de esas charlas, demasiado tecnicismo descafeinado.

    Pero creo que esa conferencia no refleja del todo lo que se ha hecho este año. Hay temas mucho mas interesantes que han aparecido en arxiv que no se han reflejado ahí. Hablo, por ejemplo, de los resultados de Strominguer ligando la relatividad general y la hidrodinámica, o un artículo de Quevedo y otros en que proponen un modelo con materia oscura con masas en la región sub eV (que todavía estoy intentando digerir, a la vez que contratar otras propuestas anteriores en esa linea en escenarios mucho mas sencillos que el que ellos proponen).

    En todo caso gracias por la lista de vídeos comentada. Yo he estado usando la web de la universidad para elegir los pocos que he visto hasta ahora, pero estaba muy mal organizada. Voy a intentar ponerme ahora con algunos de los pocos salvables (a priori, entiéndase) que aún no he visto.

  3. A mi si me parece que se ha hecho una buena eleccion de conferencias. Es cierto que el paper de Quevedo et al es interesante, pero no supone ninguna “revolucion” desde el punto de vista de Teoria de Cuerdas: es un set up mas de la fenomenologia de cuerdas que como siempre es bastante complicado y esta poco justificado. Es decir, hay miles y miles de distintas configuraciones de branas y de compactificaciones hechas “a mano”, es decir, ajustando los elementos a voluntad (pongo esto aqui, quito alla, meto estas cuantas branas para que me salga esto…) con el unico objetivo de obtener un modelo que ya conocemos pero embebido en teoria de cuerdas. Es el problema, de hecho, de la fenomenologia actual: se necesitan compactificacion engorrrosisimas para embeber modelos cosmologicos simples, que ademas se tienen que construir a mano en una especie de fine tunning muy poco fisico. Si el paper hubiera sido sobre un principio Fisico que singulariza una compactificacion y dicha compactificacion es “correcta”, entonces te aseguro que ese paper estaria en las charlas.

  4. Lo que se necesita es una

    “Teoria sobre la Luz y Espejos…en la Teoria de Cuerdas”,

    en la que se explica porque, tras de miles de papers, todavia no hay luz al final del tunel de la teoria de cuerdas. Estoy seguro que Cervantes, si viviera en la actualidad, anadiria un episodio al Don Quijote sobre las novelas de caballeria y las de cuerdas

  5. Lo malo de la teoría de cuerdas es que de momento admite opiniones dispares sobre su naturaleza, lo que no es bueno para su credibilidad. Por ejemplo, dicha teoría podría ser:
    • un modelo físico-matemático que describe la “realidad” del universo (y aledaños).
    • un modelo físico-matemático que describe “metafóricamente” el universo.
    • un modelo físico-matemático que describe un “castillo-en-el-aire” que nada tiene que ver con el universo.
    • un modelo físico-matemático hecho ad hoc y con calzador para que parezca que tiene algo que ver con el universo, y que afortunadamente no requiere de la presencia de un chorizo de cantimpalo, por lo que de momento cuela entre las más altas instancias pensantes del planeta.
    • un modelo físico-matemático que da igual lo que describa, pero que ha resultado ser la coartada perfecta para publicar y hacer currículum, por lo que hay que mantenerla viva como sea.

    En fin, creo que podría seguir, pero como veis la cosa va degenerando. No sé qué pensáis, pero una teoría más digna de pertenecer a la paleontológica (por la diversidad de interpretaciones) que a la física, da bastante mala espina.

    • Bruno, no olvides que la teoría de cuerdas está ofreciendo ideas y técnicas matemáticas que están avanzando gran número de campos en matemáticas puras y aplicadas. La teoría de cuerdas es un maná para muchas áreas de la matemática. La intuición física permite dar pasos de gigante, aunque en el fango, que los matemáticos puros están convirtiendo en pasos firmes. Que la intuición física y la realidad física no coincidan, por ahora, no le quita valor a los grandes avances que se están logrando en matemáticas. La historia nos recuerda que la imbricación entre física y matemáticas, y entre matemáticas y física permitirá que la tortilla dé la vuelta. Tiempo al tiempo. La realidad es siempre más complicada de lo que nos gustaría, pero no es perversa y la acabaremos dominando de la mano de las matemáticas y el experimento.

  6. 1. La teoria de cuerdas parte de un planteamiento teórico en principio correcto, interesante: si considerando que la unidad fundamental de la física es una partícula puntual, no encajan todas las piezas; consideremos entonces otras alternativas, cómo por ejemplo cuerdas o branas. Pero resulta que con estos planteamientos no sólo tampoco encajan todas las piezas, sino que además aparecen disparates, alucinaciones teóricas.

    En vez de decir, bueno si tampoco son cuerdas o branas, veamos otras alternativas, la ST se ha convertido exactamente en uno de los puntos que señala Bruno: “un modelo físico-matemático que da igual lo que describa, pero que ha resultado ser la coartada perfecta para publicar y hacer currículum, por lo que hay que mantenerla viva como sea” para algunos, y para otros una religión.

    2. Esta perversión sólo puede pasar en un sistema tecno-científico tan asimetrico cómo el que tenemos: financiadores públicos que tienen muy poca información sobre lo que financian y les meten un gol tras otro, no sólo en ST claro.

    Incluso gente tan bien informada cómo el autor del siguiente artículo no ve el problema:

    http://www.elpais.com/articulo/internacional/Malthus/Marx/mercado/elpepiint/20110703elpepiint_11/Tes

    Aunque no comparto su visión catástrofista, dice: “Las respuestas tecnológicas estimuladas por el mercado pueden llegar tarde para evitar graves daños sociales y medioambientales”. ¿ Por el mercado? ¿ Que mercado ?

  7. Lo que se esta diciendo no tiene mucho sentido. Meterse en Teoria de Cuerdas solo para publicar y hacer curriculum no es muy inteligente, basicamente porque es un area muy muy complicada con muchisima competencia, y publicar es muy muy dificil.

    Lo que dice Bruno es directamente falso. La teoria de cuerdas es una teoria fisica en desarrollo y punto pelota. Todo lo demas son chorradas.

    • Ilido, decir que es una teoría física en desarrollo, es sin duda la mejor forma de no equivocarse. Ciertamente, te doy la razón en que hay que tener estómago para meterse en la ST a fondo sin creer en ella, sólo para publicar, pero me temo que a muchos profesionales no les queda más remedio, si quieren tener una opinión propia y cualificada. Por tanto, no sería de extrañar que, ya puestos, quieran rentabilizar el tiempo invertido. En cualquier caso, mis comentarios de arriba vienen a cuento porque soy mucho más partidario de que la experimentación dé una pista para comenzar a crear una teoría, que no crear toda una teoría, a partir de elementos que no están físicamente avalados. Ya tenemos en la historia de la ciencia muchos casos de teorías con pies de barro, que por supuesto al final han salido rana. Imagina la cantidad de ingenio desperdiciado y de árboles inútilmente talados, si resultase que al final no hay ni cuerdas, ni branas, ni nada que se parezca.

      • Einstein, en su juventud, pensaba igual que tu, afortunadamente luego cambio de opinion. Es cierto pero, que finalmente perdio los 25 años últimos de su vida en busca del Graal de las teorías unificadas. Realmente no se puede saber nunca cual es el camino.

    • “Meterse en Teoria de Cuerdas solo para publicar y hacer curriculum no es muy inteligente, basicamente porque es un area muy muy complicada con muchisima competencia, y publicar es muy muy dificil”

      Ilido, si hay mucha competencia y es difícil publicar, entiendo que es porque hay mucho investigador publicando sobre ello. Mucho investigador dedicado a una teoria en construcción, en general es debido a que la teoria empieza a explicar los hechos correctamente, predice correctamente hechos nuevos etc…. Pero cómo dice rrtucci ( http://qbnets.wordpress.com/2011/06/29/mission-impossible-for-string-theorists/ ) ya son 43 años de construcción teorica y de momento con no mucho a que agarrarse (me refiero a ST cómo TOE, que es lo que pretende ser, no a las aplicaciones ad-hoc que se están encontrando y que Francis comenta en el post). Tu me dirás que conclusión nos queda.

      Por otra parte, no tengo datos sobre que peso tienen las publicaciones de ST, en el conjunto de publicaciones en física teórica y la evolución de este dato en el tiempo. Sin estos datos tanto la afirmación de Bruno (que yo he reafirmado en mi comentario) cómo la tuya son puras especulaciones. Se han escrito libros sobre esto (que imagino conoces) y hace años hubo mucho debate (algunos lo llamaron guerra) en todos los medios de Internet sobre ello. De acuerdo con lo que se comentó en ese momento, el peso era grande.

      En fin, ST, cómo el conjunto de la física teorica va a vivir momentos críticos en los próximos años (por los resultados del LHC). Aunque hay quien dice que el LHC no cambiará nada con respecto a ST, ya veremos si les queda cuerda en unos años.

      • Lo primero que debo decir es que las aplicaciones de la Teoria de Cuerdas a otras areas no son aplicaciones ad-hoc, y en algunos casos no son aplicaciones desconexas de la Teoria de Cuerdas en si. Este es el caso de la dualidad AdS/CFT que encuadra maravillosamente la Teoria de Cuerdas en el contexto de la gravedad cuantica de agujeros negros, siendo esta una teoria conforme y habiendose demostrado que cada vez mas y mas agujeros negros (como los que se ven en el cielo) tienen un dual conforme que explica su entropia microscopica. Ademas, la Teoria de Cuerdas si ha tenido exitos que logicamente no han sido experimentales por la imposibilidad tecnologica pero si han sido teoricos: embebe correctamente el modelo estandard y ademas es la unica teoria de gravedad cuantica que proporciona de manera correcta la entropia microscopica de los agujeros negros y ademas te dice de que objetos fundamentales estan compuestos.

      • Ilidio,

        Gracias por tu comentario.

        ¿ Que las matemáticas de ST puedan tener aplicaciones en física ? Sea. Bienvenido sea. Pero esto es un subproducto, no el objetivo fundamental de ST.

        ¿ Que ST “embebe correctamente el modelo estandard” ? Sea. Incluso concedo que pueda integrar MS+RG y explicarlo todo, cómo dice Quevedo, pero a costa de introducir alucinaciones teoricas.
        Me explico: una teoria puede pecar por defecto (no explicar todo) o por exceso (explicar todo pero predecir también fenómenos que no existen en la realidad). Ni una alternativa ni la otra son satisfactorias.

        P.S.Lamento no tener tiempo para extenderme más; aunque tampoco tengo mucho interés en reproducir un debate sobre el que ya se ha dicho casi todo (sólo falta que hable el LHC). Si que estoy convencido que en un sistema de producción de conocimiento científico diferente (dirigido por el mercado, un mercado de ideas), las unidades de producción basadas en ST estarían arruinadas, sin financiación. Por supuesto, ésto de momento es historia ficción.

  8. No soy física ni estudio cosmología, ni siquiera soy buena en matemáticas (por mucho que me gustaría serlo), simplemente no tengo las habilidades, sin embargo me apasiona la ciencia y las personas que trabajan en ello me maravillan, por ello me sorprende que ni la ciencia se salva de nuestro comportamiento humano… querer mejorar curriculum, criticar los esfuerzos de otros por encontrar la verdad y sacar dinero de cualquier manera, como los que invierten en lo que sea que se tenga que invertir para que los científicos puedan trabajar, supongo que un ejemplo es el satélite Planck y sus resultados ocultos hasta sacar beneficio de ellos.
    Tal vez simplemente deberían dejar a los que trabajan en la teoría de las cuerdas hacer su esfuerzo y los demás hacer el propio, digo, de cualquier forma saldrá a la luz cual esta bien y cual no, o por lo menos eso supongo.

    • Zahuna,

      Supón que te digo que existe una lámpara maravillosa que si la frotas aparece el genio. Genio que puede concederte cualquier deseo que le pidas, revelarte cualquier pregunta que le te surja y resolverte cualquier problema que le plantees (incluida la deuda de estado y todo…). En fin la perfección. Además la lámpara del genio es perfecta, con una belleza embriagadora y hecha con un metal deslumbrante el cual proviene del mismísimo Olimpo de los Dioses. Entonces,
      – ¿Dónde está La Lámpara?
      – Nadie la ha visto, pero se dice que La Lámpara se esconde detrás del arco iris. El que la encuentre buff … Por el momento solo se sabe “esto”,
      El problema que “esto” es un dibujo de algo que se parece a una lámpara hecho por un niño de tres años, es decir, “esto” es la teoría de cuerdas.

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