Teoría de Cuerdas. ¿Ciencia o Pseudociencia?

miércoles 15 de junio de 2011

Teoría de Cuerdas. ¿Ciencia o Pseudociencia?

La teoría de cuerdas es un de las más famosas teorías modernas de la física entre el mundo no-científico. Gran parte de la responsabilidad la tiene el libro y documental El Universo Elegante que fue muy exitoso. Para abrir el post podéis ver aquí el trailer:
Sin embargo, esta teoría también ha sido fuertemente criticada. La crítica más fuerte, en mi opinión, se ha hecho desde el libro El Problema de la Física, que estoy leyendo actualmente y donde se expone que en los últimos años la teoría de cuerdas está acaparando el panorama de la física teórica. La cuestión entonces es: ¿Qué es la teoría de cuerdas? ¿Es una teoría aceptada, como la Física Cuántica o la Termodinámica? En caso de no serlo ¿Es ciencia? Vamos a ver si ponemos un poco de luz en este asunto.
Antes de comenzar con la Teoría de Cuerdas mencionar que intenta resolver algunos de los problemas de la física planteados en el post anterior, así que os recomiendo fuertemente que lo leáis.
¿Qué propone la Teoría de Cuerdas?
La Teoría de Cuerdas trata de responder principalmente al problema de la unificación, es decir, trata de ser una teoría que lo explique todo. Para ello hace una suposición básica, que las partículas fundamentales, como los electrones, no son puntuales (vamos, sin tamaño) como se supone, sino que son objetos monodimensionales (cuerdas) que oscilan. De como es esa oscilación depende que sean unas partículas u otras. También propone la teoría la existencia de entidades más generales, las branas, término que viene de “membrana”, y que son generalizaciones de las cuerdas a más dimensiones.
La cuestión curiosa de la teoría de cuerdas, o al menos la que más llama la atención, es que predice la existencia de dimensiones extra. Estas dimensiones van más allá de las 3 que conocemos (4 si contamos el tiempo, pero hablamos sólo de dimensiones espaciales), pero no se aprecian en nuestra vida cotidiana. Stephen Hawking lo ilustraba con el ejemplo de una naranja. Desde lejos una naranja puede parecer lisa y se podría describir su superficie como un objeto de 2 dimensiones, sin embargo si te acercas bastante verás las irregularidades en la piel y es como si apareciera una nueva dimensión. Algo así propone la Teoría de Cuerdas, vemos sólo 3 dimensiones porque somos demasiado grandes, pero hay más que sólo veremos cuando seamos capaces de estudiar las cosas a una dimensión minúscula.

Algo tan simple como una naranja sirve para ilustrar las dimensiones extra.
¿Cómo son de pequeñas estas dimensiones? Pues básicamente mucho. Son tan pequeñas que ni con el LHC, que es la máquina más moderna para estudiar las cosas pequeñas, podemos ni soñar con aproximarnos. De hecho según algunos cálculos haría falta una máquina varios millones de veces más potente que el LHC para poder apreciarlo.

¿Hay sólo una Teoría de Cuerdas?

La respuesta a esta pregunta es difícil. En los 90 ya había 5 teorías de cuerdas diferentes, cada una con su número de dimensiones y su base diferente. Después se amplió a una más.

Distintas “teorías de cuerdas”. Fuente: Wikipedia

Cada una era de su padre y de su madre y existía el sentimiento de que sólo una podía ser correcta y las demás estaban mal. Eso cambió cuando un físico/matemático Edward Witten probó que se podía pasar de una a otra teoría mediante unos procesos matemáticos llamado “dualidades”, con lo que todas las teorías deben ser equivalentes. Esto permitió definir una nueva teoría, de la que emanan todas las demás y que se denomina Teoría M. Como dato curioso mencionar que no es sabido el porqué de ese nombre, hay quien conjetura que la “M” es la “W” de Witten al revés. Como segundo dato curioso decir que Witten tiene la Medalla Field, que es el máximo galardón matemático, pero no el premio Nobel y mucho tienen que cambiar las cosas para que lo consiga algún día.

¿Entonces ya está todo resuelto? ¿La Teoría M es la definitiva Teoría de Cuerdas? Pues sí y no. En teoría sí, pero aún no está formulada del todo, no es como la Física Cuántica que tiene unos postulados y de ahí se deriva el resto, esta se puede decir que está “a trozos” y su capacidad de predecir cosas es aún bastante limitada.

Edward Witten

En mi opinión esto es una de las mayores críticas que se le pueden hacer a la Teoría de Cuerdas: Trataba de ser una “teoría del todo” y derivó en 6 diferentes. Es cierto que parece ser que todas derivan de la misma teoría, pero hasta que no esté del todo derivada la Teoría M y sirva para hacer predicciones no será una teoría al nivel de la Termodinámica o la Relatividad General.

¿Para qué sirve la Teoría de Cuerdas?
Hasta la fecha hay que reconocer que no sirve para mucho. La única manera de comprobarla directamente (observando las cuerdas) está a años-luz de nuestra tecnología y predicciones no hace muchas.

Una posible solución sería usarla para predecir como es ahora el universo, lo cual sería un resultado genial, o los valores de las constantes universales, como la masa del electrón o la velocidad de la luz. El problema de esto es que la teoría de cuerdas depende, como todas, de unas variables iniciales. Me explico: si tú quieres saber como se comportarán un objeto al dejarlo en un plano inclinado, por ejemplo, no te basta con saber la mecánica de Newton, tienes que saber también como es el objeto y el plano, la gravedad y demás. A la Teoría de Cuerdas le pasa lo mismo con las condiciones iniciales, que en su caso son infinitas. Este número tan grande de condiciones iniciales hace que cierta gente haya predicho que puede haber la friolera de $10^{500}$ posibles condiciones que den un universo parecido al nuestro. Esto hace que la capacidad de predicción de la teoría desaparezca, porque de todos esos habrá muchas predicciones diferentes y no sabemos cual es la correcta.

Una solución típica a este problema de las condiciones iniciales es el llamado Principio Antrópico. Este viene a decir que de todas las soluciones sólo nos tenemos que quedar con aquellas que dan lugar al universo real. En mi opinión esta postura no es en absoluto científica, viene a decir que cuanto más posibilidades diferentes prediga una teoría mejor, porque ya me quedaré con las que interesa. Precisamente es al contrario, una teoría debe predecir lo que ocurre realmente y no predecir lo que no ocurre.

Decir también que la teoría de cuerdas se está retomando como método de cálculo, más que como teoría física. Un ejemplo es un paper publicado hace casi un año en Physical Review Letters titulado: Four-Qubit Entanglement Classification from String Theory. En él se utiliza la teoría de cuerdas para calcular un asunto de física cuántica, pero ojo, no es una predicción de la teoría de cuerdas en sí, es totalmente compatible con la cuántica.


¿Por qué es tan popular la Teoría de Cuerdas?

Esta es la pregunta que me inspiró este post. ¿Por qué la Teoría de Cuerdas es tan popular en el mundo de los no científicos? Me parece muy curioso porque es una teoría que aún no está comprobada. A pesar de esto hay bastante gente que sabe más sobre lo que dice esta teoría que sobre lo que dice la física cuántica o la termodinámica. Yo creo que los motivos son los siguientes:

1.- Suena mucho a ciencia-ficción: A la gente le gusta mucho eso de las “dimensiones extra”, esto hace el tema muy interesante.

2.- El documental El Universo Elegante es realmente muy didáctico y popular. Lo curioso es que en ese mismo documental se habla de cosas como la física cuántica, pero la gente se focaliza más en la Teoría de Cuerdas, imagino que por el punto 1.

3.- La Serie The Big Bang Theory habla mucho del tema porque su personaje principal Sheldon Cooper es cuerdólogo.

4.- Finalmente ocurre que la teoría de cuerdas es la principal teoría para resolver el problema de la unificación. De hecho en el libro The Trouble With Physics critica precisamente eso.

Críticas a la Teoría de Cuerdas
 De las principales críticas ya he hablado, en general les veo yo las siguientes:

1.- No está unificada, como he explicado en el segundo punto. Finalmente si quieres hacer una “teoría del todo” debe ser sólo una, no seis.

2.- El problema de las condiciones iniciales. Este es el principal problema en mi opinión, si tienes una teoría que puede predecir cualquier cosa en definitiva tienes una teoría que no predice nada. Es el problema de la falsabilidad. Hay muchos intentos de hacer predicciones concretas a partir de la teoría, pero todavía no hay ninguna concluyente (que yo sepa).

3.- Está monotematizando la física teórica. Debido a su popularidad está atrayendo mucha atención, lo cual es perjudicial a la hora de que alguien se anime a estudiar otras posibilidades. Eso es muy curioso teniendo en cuenta que es una teoría que tiene más de 20 años y aún no ha hecho ninguna predicción.

Teoría de Cuerdas. ¿Ciencia o Pseudociencia?

Ya estamos entonces en condición de responder a la pregunta original: En mi opinión la Teoría de Cuerdas no es ciencia, al menos no física (matemáticas sí, claro) y no todavía. Es una teoría que podrá ser científicas cuando haga predicciones que puedan ser falsada, por lo que podamos pasar al laboratorio. Mientras no sea falsable no puede ser considerada ciencia empírica.

Por otro lado pseudociencia sin duda no. Pseudociencia es algo que se ha demostrado que es falso o no funciona, como la astrología, y que aún así la gente lo defiende. Obviamente la teoría de cuerdas no entra en esa definición, la teoría de cuerdas aún no se ha testado y no me cabe la menor duda de que si se testa y se falsa la gente no la seguirá defendiendo.

Y para finalizar aquí un vídeo en el que uno de los físicos más famosos del mundo (podéis votarlo en la encuesta si queréis) defiende la Teoría de Cuerdas frente a otra teoría de la unificación, la Gravedad Cuántica de Bucles.

Lo  podéis ver en este enlace (no me deja insertarlo, cachis) http://youtube/FMSmJCKaaC0

Publicado el junio 18, 2011 en CIENCIA y etiquetado en . Guarda el enlace permanente. 1 comentario.

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