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STRING THEORY AND THE SCIENTIFIC METHOD
Por Richard Dawid. Cambridge University Press; Cambridge, 2013.

Todas las disciplinas se esfuerzan por imitar los métodos de la física teórica para adquirir lo que se entiende por el paradigma del método científico. Junto a ello, está muy extendida la idea de que la confirmación experimental constituye el camino para que una teoría científica adquiera estatuto de conocimiento científico genuino. De acuerdo con el esquema hipotético-deductivo dominante, los científicos especulan sobre una nueva teoría que se propone como hipótesis de la que se infieren determinadas predicciones. Si lo predicho se confirma con lo observado o experimentado, entonces la hipótesis resulta fiable. Por eso puede resultarles chocante a algunos científicos que determinados físicos teóricos se empeñen ahora en procurar un cambio en lo que se considera que se requiere para que una teoría sea considerada científica, cambio que exonera de la exigencia de confirmación experimental de teorías científicas.

La teoría de cuerdas ha desempeñado un papel destacado en la física teórica
de los últimos tres decenios y ha transformado por entero nuestra interpretación de los principios fundamentales de la construcción del universo. De acuerdo con sus postulados básicos, existen entidades bidimensionales (cuerdas) que vibran en un espaciotiempo de diez u once dimensiones y que, lejos de ser puntuales, presentan una extensión finita. Vibraciones de espaciotiempo que deberían, en principio, dar origen a las partículas. Con otras palabras, las partículas puntuales serían, en realidad, estados vibracionales de un objeto extendido al que llamamos cuerda o filamento. Así, pues, se supone que la teoría de cuerdas constituye la teoría definitiva de física fundamental, unificadora de todas las fuerzas fundamentales en una, capaz de justificar la existencia de todas las partículas fundamentales como vibraciones de objetos bidimensionales en un espaciotiempo pluridimensional. En potencia, la teoría de cuerdas predice todos los resultados de la física fundamental estándar. Sin embargo, no parece vislumbrarse en el horizonte que pueda someterse a confirmación experimental. Y cabe esperar que permanezca así en un futuro previsible. Ahora bien, una vez se pierde la conexión entre argumentación teórica y ensayo experimental, ¿cómo no temer que el progreso científico avance a ciegas hasta detenerse? Nos encontramos con el reto de un aspecto inédito del proceso científico que ha sido olvidado por los filósofos de la ciencia.

Ante tal situación, ¿qué es lo que alimenta en los expertos tan sólida fe en su teoría? String theory and the scientific method articula una respuesta coherente al detallar la naturaleza de los enunciados nucleares de la teoría de cuerdas. El autor no carece de méritos para su empeño: posee experiencia en física de altas energías y en filosofía. Sostiene que la teoría de cuerdas constituye el ejemplo más conspicuo de diversas teorías que se postulan en física de altas energías y no reciben respaldo experimental.

No se trata de un modelo sencillo, cierto. Su complejo aparato matemático impide alcanzar soluciones realistas y las energías involucradas en la comprobación experimental de la mayoría de las versiones de la teoría trascienden de lejos las energías más altas de los aceleradores de partículas. Además, si fuera cierta la teoría de cuerdas, capaz de explicarlo todo, no podría ser refutada por ningún experimento físico local. En 2006, Lee Smolin escribía ya, en The trouble with physics: The rise of string theory, the fall of a science, and what comes next, que la teoría había fracasado a la hora de formular predicciones que pudieran someterse a prueba empírica y que algunos de sus defensores, en vez de admitir ese hecho, se afanaban en cambiar las reglas para librarse de los tests habituales que suelen imponerse a las ideas científicas. Ese procedimiento pondría en crisis no solo la física, sino la ciencia entera. Si la contrastación experimental que ha sido santo y seña de la ciencia desde Newton hubiera de sustituirse, también habría que cambiar qué entender por ciencia. Richard Dawid abre, a su vez, una perspectiva muy interesante basada en el principio de subdeterminación.

Recordemos su arranque. La evolución de la física fundamental puede construirse como una serie de unificaciones cuyos comienzos se remontan a Newton y su introducción de la fuerza de la gravitación universal, que aportaba una explicación unificada de fenómenos celestes y fenómenos terrestres. Unos dos siglos más tarde, Maxwell desarrolló una descripción unificada de la electricidad y el magnetismo. En 1905, la einsteiniana teoría especial de la relatividad ideaba un marco coherente para la mecánica clásica y la electrodinámica. Un decenio más tarde, la relatividad general extendía esa nueva perspectiva, haciéndola compatible con el fenómeno de la gravedad. Después de que la mecánica cuántica abriera un nuevo mundo de microfísica regulado por el principio de indeterminación de Heisenberg y la estadística cuántica en los años veinte, la física cuántica se hizo pronto compatible con la relatividad especial mediante la introducción de la teoría cuántica de campos. Decenios más tarde, en los años sesenta y setenta, el modelo estándar de física de partículas avanzó otro paso hacia la unificación: una forma específica de simetrías internas, la simetría de aforo (gauge), aportaba una base para una descripción coherente de las tres fuerzas que se habían descubierto en física nuclear y física de partículas.

El modelo estándar de la física de partículas desarrollaba una explicación convincente y coherente de las interacciones nucleares. Estableció un nuevo marco de interpretación de la microfísica y fue creando un elenco amplio de predicciones empíricas. Su confirmación se suponía cuestión de tiempo. Pero el modelo estándar no solucionaba la necesaria conciliación de la teoría cuántica con la relatividad general. Ese paso habría de corresponderle a la teoría de cuerdas, propuesta en 1974. La idea tuvo en un principio que abrirse paso en medio de enormes dificultades conceptuales. En 1984, Green y Schwarz obtuvieron un lagrangiano coherente de una cuerda cuántica que incluía campos de materia (supercuerdas). Desde entonces, representa la esperanza más firme de teoría universal de todas las interacciones conocidas.

El espectro de objetos físicos en teoría de cuerdas se amplió. Además de los objetos unidimensionales que se postularon en un comienzo, se fue requiriendo la introducción adicional de una amplia gama de objetos de diversas dimensiones. Esos objetos se denominan D-branas: un número añadido puede denotar el número de dimensiones espaciales. La teoría de cuerdas constituye ahora una red compleja de razonamiento en la que intervienen elementos de análisis matemático riguroso, conjeturas generales que se fundan sobre razonamientos de determinados casos limitantes, modelización que se realiza en marcos específicos y evaluaciones cuantitativas aproximadas.

Por su parte, el modelo estándar ha recibido confirmación experimental y
ha encadenado una secuencia impresionante de éxitos predictivos consistentes. La última predicción del modelo estándar obtuvo confirmación experimental en el verano de 2012 en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN. Culminaba una fase importante en la evolución de la física fundamental. El progreso teórico prosiguió más allá del modelo estándar, planteando nuevas teorías de un alcance mucho mayor. Las teorías de gran unificación (GUT, de grand unified theories) conjeturan una estructura unificada de interacciones nucleares; la supersimetría (SUSY) propone una estructura de simetría más extensa que conecta partículas de diverso espín; la supergravedad extiende ese concepto a una teoría de la gravedad; la cosmología inflacionista alteró nuestra perspectiva sobre el universo primitivo y promovió el acercamiento del modelo cosmológico y la física de altas energías. Y la teoría de cuerdas, centro conceptual de la física fundamental contemporánea que cementa otras teorías importantes, considerada la opción más potente y ambiciosa de una teoría unificada de todas las interacciones.

Todas esas teorías, que trascienden el modelo estándar, comparten un mismo problema. Pese a su ya larga existencia, hasta la fecha ninguna ha recibido confirmación experimental. No podemos continuar con la estrategia experimental canónica de someter a contrastación la física de altas energías mediante la construcción de colisionadores de partículas cada vez más potentes, habida cuenta de los ingentes esfuerzos necesarios para elevar los niveles de energía de esas máquinas. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN podría muy bien ser el último experimento de ese tipo. Solo la supersimetría, entre las teorías que trascienden el modelo estándar, podría tener alguna opción de obtener confirmación empírica durante los ensayos en el colisionador ginebrino. Las escalas de energía que caracterizan a la teoría de cuerdas son tan altas que no pueden someterse a prueba en ningún colisionador de partículas que podamos construir. Los tests que respaldan la física estándar de partículas no pueden sustanciar la declaración de la teoría de cuerdas sobre la existencia de dimensiones espaciotemporales adicionales, que nos son invisibles en razón de su tamaño mínimo.

Sin embargo, varias características de la física contemporánea de altas energías y la cosmología sugieren un cuadro más optimista. De entrada, el desarrollo teórico registrado tras el advenimiento del modelo estándar ha aportado ideas muy brillantes para ahondar en las posibilidades de una unificación genuina de todas las interacciones conocidas. La física teórica ha dado pasos importantes hacia un objetivo que se viene acariciando desde los tiempos de Newton: la construcción de una teoría física de aplicación universal. Además, no se ha caído en una temida selva de teorías, sino que los físicos parecen converger en una orientación única en la construcción del nivel conceptual más fundamental. Sin apoyatura empírica, pero con plena confianza en las teorías, háblese de teoría de cuerdas o de inflación cósmica. Dawid razona los tipos de criterios que pueden emplearse para la aceptación de una teoría no empírica en ausencia de pruebas directas, e incluso indirectas, de los rasgos nucleares de la teoría. El argumento se apoya en el concepto de límites de la subdeterminación. Una teoría es subdeterminada por los datos si hay varias teorías que pueden explicar esos mismos datos, y hemos de escoger entre ellas.

Para contemplar las posibilidades de una contrastación empírica en el futuro habrá que distinguir entre las características nucleares de la teoría y sus implicaciones para la física a escalas de energía más bajas. Es de esperar que la propiedad nuclear de las cuerdas, su extensividad (extendedness), se acerque a la longitud de Planck. En un escenario clásico, eso significa que la extensividad de la cuerda pasa a ser empíricamente contrastable solo a 13 órdenes de magnitud, lo que trasciende las escalas de energía que pueden alcanzarse con el mayor experimento de energía actual, el LHC.

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