Critici ale teoriei corzilor în gravitația cuantică

Numărul de soluții

Pentru a construi modele de fizica particulelor bazate pe teoria corzilor, fizicienii incep de obicei prin specificarea unei forme pentru dimensiunile suplimentare ale spațiului. Fiecare dintre aceste forme diferite corespunde unui alt univers posibil, sau „stare de vid”, cu o colecție diferită de particule și forțe. Teoria corzilor, așa cum este înțeleasă în prezent, are un număr enorm de stări de vid, în mod tipic estimat la aproximativ 10500, iar acestea ar putea fi suficient de diverse pentru a acoperi aproape orice fenomene care ar putea fi observat la energii joase.

Mulți critici ai teoriei corzilor au exprimat îngrijorarea cu privire la numărul mare de universuri posibile descrise de teoria corzilor. În cartea sa Not Even Wrong, Peter Woit, lector la departamentul de matematică de la Universitatea Columbia, a susținut că numărul mare de scenarii fizice diferite face teoria corzilor ca fiind un cadru pentru construirea modelelor fizicii particulelor. Potrivit lui Woit,

Posibila existență, de exemplu, a 10500 de stări diferite de vid în teoria supercorzilor, probabil distruge speranța de a folosi teoria pentru a prezice orice. Dacă cineva alege între acest set mare doar acele stări ale căror proprietăți sunt de acord cu observațiile experimentale actuale, este probabil că va exista încă un număr atât de mare încât se poate obține oricare ar fi valoarea dorită pentru rezultatele oricărei noi observații.

Unii fizicieni cred că acest număr mare de soluții este de fapt o virtute, deoarece poate permite o explicație antropică naturală a valorilor observate ale constantelor fizice, în special valoarea mică a constantei cosmologice. Principiul antropic este ideea că unele dintre numerele care apar în legile fizicii nu sunt fixate de niciun principiu fundamental, ci trebuie să fie compatibile cu evoluția vieții inteligente. În 1987, Steven Weinberg a publicat un articol în care susținea că constanta cosmologică nu ar fi putut fi prea mare, sau că galaxiile și viața inteligentă nu ar fi putut să se dezvolte. Weinberg a sugerat că ar putea exista un număr foarte mare de universuri posibile, fiecare având o valoare diferită a constantei cosmologice, iar observațiile indică o mică valoare a constantei cosmologice numai pentru că oamenii se întâmplă să trăiască într-un univers care a permis viață inteligentă și prin urmare, observatori, să existe.

Strălucitul teoretician Leonard Susskind a susținut că teoria corzilor oferă o explicație antropică naturală a valorii mici a constantei cosmologice. Potrivit lui Susskind, stările de vid diferite ale teoriei șirului ar putea fi realizate ca universuri diferite într-un multivers mai mare. Faptul că universul observat are o mică constanță cosmologică este doar o consecință tautologică a faptului că o valoare mică este necesară pentru ca viața să existe. Mulți teoreticieni și critici proeminenți au fost în dezacord cu concluziile lui Susskind. Potrivit lui Woit, „în acest caz [raționamentul antropic] nu este altceva decât o scuză pentru eșec. Ideile științifice speculative nu reușesc doar atunci când fac predicții incorecte, ci și atunci când se dovedesc a fi vacuoase și incapabile să prezică orice”

Independența de fundal

Una dintre proprietățile fundamentale ale teoriei generale a relativității lui Einstein este aceea că este independentă din punct de vedere al fundalului, ceea ce înseamnă că formularea teoriei nu privilegiază în nici un fel o anumită geometrie spațială.

Una dintre principalele critici ale teoriei corzilor de la început este că nu este în mod evident independentă de fundal. În teoria corzilor, trebuie specificat de obicei o geometrie de referință fixă ​​pentru spațiu, iar toate celelalte geometrii posibile sunt descrise drept perturbații ale acelei fixe. În cartea sa The Fear with Physics, fizicianul Lee Smolin de la Institutul Perimetru pentru Fizica Teoretică susține că aceasta este principala slăbiciune a teoriei corzilor ca o teorie a gravitației cuantice, spunând că teoria corzilor nu a reușit să încorporeze această viziune importantă din relativitatea generală.

Alții nu au fost de acord cu caracterizarea lui Smolin a teoriei corzilor. Într-o revizuire a cărții lui Smolin, teoreticianul corzilor Joseph Polchinski scrie

[Smolin] greșește un aspect al limbajului matematic folosit pentru una din fizicile descrise. Noi teorii fizice sunt adesea descoperite folosind un limbaj matematic care nu este cel mai potrivit pentru ele … În teoria corzilor a fost întotdeauna clar că fizica este independentă de fundal, chiar dacă limba folosită nu este, și căutarea unui limbaj mai potrivit continuă. Într-adevăr, așa cum observă Smolin mai târziu, [AdS/CFT] oferă o soluție la această problemă, una neașteptată și puternică.

Polchinski observă că o problemă importantă deschisă în gravitația cuantică este de a dezvolta descrieri holografice ale gravitației care nu necesită câmpul gravitațional să fie asimptotic anti-de Sitter. Smolin a răspuns prin a spune că corespondența AdS/CFT, așa cum este înțeles în prezent, poate să nu fie suficient de puternică pentru a rezolva toate preocupările legate de independența de fond.

Sociologia științei

De la revoluțiile supercorzilor din anii 1980 și 1990, teoria corzilor a devenit paradigma dominantă a fizicii teoretice de înaltă energie. Unii teoreticieni ai corzilor au exprimat opinia că nu există o teorie alternativă la fel de reușită care să abordeze problemele profunde ale fizicii fundamentale. Într-un interviu din 1987, laureatul Nobel David Gross a făcut următoarele comentarii controversate cu privire la motivele popularității teoriei corzilor:

Cel mai important motiv [este] că nu există alte idei bune prinprejur. Din cauza asta apelează majoritatea oamenilor la ea. Când oamenii au început să se intereseze de teoria corzilor, ei nu știau nimic despre asta. De fapt, prima reacție a majorității oamenilor este că teoria este extrem de urâtă și neplăcută, cel puțin așa a fost cazul acum câțiva ani, când înțelegerea teoriei corzilor a fost mult mai puțin dezvoltată. A fost dificil pentru oameni să învețe despre asta și să o folosească la început. Deci, cred că motivul real pentru care oamenii au fost atrași de ea este că nu există alt joc în oraș. Toate celelalte abordări ale construirii unor mari teorii unificate, care au fost mai conservatoare de la început și au devenit din ce în ce mai radicale, au eșuat, iar acest joc nu a eșuat încă.

Câțiva alți teoreticieni și comentatori de profil au exprimat opinii similare, sugerând că nu există alternative viabile pentru teoria corzilor.

Mulți critici ai teoriei corzilor au comentat această stare de lucruri. În cartea sa în care critică teoria corzilor, Peter Woit vede statutul cercetării teoriei corzilor ca fiind nesănătoasă și în detrimentul viitorului fizicii fundamentale. El susține că popularitatea extremă a teoriei corzilor printre fizicienii teoreticieni este parțial o consecință a structurii financiare a mediului academic și a concurenței acerbe a resurselor limitate. În cartea sa „Drumul către realitate„, fizicianul matematic Roger Penrose exprimă opinii similare, afirmând: „Competiția adesea frenetică pe care această ușurință de comunicare dă naștere duce la efecte de bandwagon, unde cercetătorii se tem că vor rămâne în urmă dacă nu se vor alătura”. Penrose susține, de asemenea, că dificultatea tehnică a fizicii moderne îi forțează pe tinerii oameni de știință să se bazeze mai degrabă pe preferințele cercetătorilor stabiliți decât pe forfetarea unor căi noi proprii. Lee Smolin exprimă o poziție puțin diferită în critica sa, susținând că teoria corzilor a evoluat dintr-o tradiție a fizicii particulelor, care descurajează speculațiile cu privire la fundamentele fizicii, în timp ce abordarea sa preferată, gravitația cuantică în bucle, încurajează gândirea mai radicală. Potrivit lui Smolin,

Teoria corzilor este o idee puternică, bine motivată și merită o mare parte din lucrarea care a fost dedicată acesteia. Dacă nu a reușit până acum, motivul principal este că defectele sale intrinseci sunt strâns legate de punctele sale forte – și, bineînțeles, povestea este neterminată, deoarece teoria corzilor poate deveni o parte a adevărului. Întrebarea adevărată nu este motivul pentru care am consumat atât de multă energie în teoria corzilor, ci de ce nu am cheltuit aproape suficient pe abordări alternative.

Smolin continuă să ofere un număr de prescripții pentru modul în care oamenii de știință ar putea încuraja o mai mare diversitate de abordări în cercetarea cuantică a gravitației.

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)