Paisaje de la teoría de cuerdas

Teoria de las cuerdas
Objetos fundamentales
Cuerda Cuerda cósmica Brana D-brana
Teoría perturbativa
Bosónico Supercuerda ( Tipo I , Tipo II , Heterótico )
Resultados no perturbadores
S-dualidad T-dualidad U-dualidad Teoría M Teoría F Correspondencia AdS / CFT
Fenomenología
Fenomenología Cosmología Paisaje
Matemáticas
Simetría de espejo Moonshine monstruoso
Conceptos relacionados Theory of everything Conformal field theory Quantum gravity Supersymmetry Supergravity Twistor string theory N = 4 supersymmetric Yang–Mills theory Kaluza–Klein theory Multiverse Holographic principle
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Historia Glosario
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El paisaje de la teoría de cuerdas o el paisaje de vacua se refiere a la colección de posibles falsos vacíos en la teoría de cuerdas , ^[1] juntos comprenden un "paisaje" colectivo de elecciones de parámetros que gobiernan las compactaciones .

El término "paisaje" proviene de la noción de paisaje de aptitud en biología evolutiva . ^{[ cita requerida ]} Fue aplicado por primera vez a la cosmología por Lee Smolin en su libro La vida del cosmos (1997), y fue utilizado por primera vez en el contexto de la teoría de cuerdas por Leonard Susskind . ^[2]

Variedades de Calabi-Yau compactadas

En teoría de cuerdas, se piensa comúnmente que el número de vacíos de flujo es aproximadamente ${\displaystyle 10^{500}}$, ^[3] pero podría ser${\displaystyle 10^{272,000}}$^[4] o superior. El gran número de posibilidades surge de opciones de variedades de Calabi-Yau y elecciones de generalizadas flujos magnéticos a través de varias de homología de ciclos, que se encuentran en F-teoría .

Si no hay estructura en el espacio de vacío, el problema de encontrar una con una constante cosmológica suficientemente pequeña es NP completo . ^[5] Ésta es una versión del problema de la suma de subconjuntos .

Un posible mecanismo de estabilización del vacío de la teoría de cuerdas, ahora conocido como mecanismo KKLT , fue propuesto en 2003 por Shamit Kachru , Renata Kallosh , Andrei Linde y Sandip Trivedi . ^[6]

Ajuste por el principio antrópico

El ajuste fino de constantes como la constante cosmológica o la masa del bosón de Higgs generalmente se supone que ocurre por razones físicas precisas en lugar de tomar sus valores particulares al azar. Es decir, estos valores deben ser consistentes de manera única con las leyes físicas subyacentes.

El número de configuraciones teóricamente permitidas ha generado sugerencias ^{[¿ según quién? ]} que este no es el caso, y que se realizan físicamente muchos vacíos diferentes. ^[7] El principio antrópico propone que las constantes fundamentales pueden tener los valores que tienen porque tales valores son necesarios para la vida (y por lo tanto, observadores inteligentes para medir las constantes). El paisaje antrópico se refiere así a la colección de aquellas porciones del paisaje que son adecuadas para sustentar la vida inteligente.

Para implementar esta idea en una teoría física concreta, es necesario ^{[ ¿por qué? ]} para postular un multiverso en el que los parámetros físicos fundamentales pueden tomar diferentes valores. Esto se ha realizado en el contexto de la inflación eterna .

Modelo de Weinberg

En 1987, Steven Weinberg propuso que el valor observado de la constante cosmológica era tan pequeño porque es imposible que la vida ocurra en un universo con una constante cosmológica mucho mayor. ^[8]

Weinberg intentó predecir la magnitud de la constante cosmológica basándose en argumentos probabilísticos. Otros intentos ^{[ ¿cuáles? ]} se han hecho para aplicar un razonamiento similar a modelos de física de partículas. ^[9]

Tales intentos se basan en las ideas generales de probabilidad bayesiana ; interpretar la probabilidad en un contexto donde solo es posible extraer una muestra de una distribución es problemático en la probabilidad frecuentista pero no en la probabilidad bayesiana, que no se define en términos de la frecuencia de eventos repetidos.

En tal marco, la probabilidad ${\displaystyle P(x)}$ de observar algunos parámetros fundamentales ${\displaystyle x}$ es dado por,

${\displaystyle P(x)=P_{\mathrm {prior} }(x)\times P_{\mathrm {selection} }(x),}$

donde ${\displaystyle P_{\mathrm {prior} }}$ es la probabilidad previa, de la teoría fundamental, de los parámetros ${\displaystyle x}$ y ${\displaystyle P_{\mathrm {selection} }}$ es la "función de selección antrópica", determinada por el número de "observadores" que ocurrirían en el universo con parámetros ${\displaystyle x}$. ^{[ cita requerida ]}

Estos argumentos probabilísticos son el aspecto más controvertido del paisaje. Las críticas técnicas de estas propuestas han señalado que: ^{[ cita requerida ] [ año necesario ]}

• La función ${\displaystyle P_{\mathrm {prior} }}$ es completamente desconocido en la teoría de cuerdas y puede ser imposible de definir o interpretar de una manera probabilística sensata.
• La función ${\displaystyle P_{\mathrm {selection} }}$es completamente desconocido, ya que se sabe muy poco sobre el origen de la vida. Se deben utilizar criterios simplificados (como el número de galaxias) como proxy del número de observadores. Además, puede que nunca sea posible calcularlo para parámetros radicalmente diferentes de los del universo observable.

Enfoques simplificados

Tegmark y col. Recientemente consideraron estas objeciones y propusieron un escenario antrópico simplificado para la materia oscura del axión en el que argumentan que los dos primeros de estos problemas no se aplican. ^[10]

Vilenkin y colaboradores han propuesto una forma coherente de definir las probabilidades de un vacío dado. ^[11]

Un problema con muchos de los enfoques simplificados personas ^{[ ¿quién? ]} han intentado es que "predicen" una constante cosmológica que es demasiado grande en un factor de 10 a 1000 órdenes de magnitud (dependiendo de las suposiciones de uno) y, por lo tanto, sugieren que la aceleración cósmica debería ser mucho más rápida de lo que se observa. ^{[12] [13] [14]}

Interpretación

Pocos discuten el gran número de vacíos metaestables. ^{[ cita requerida ]} La existencia, el significado y la relevancia científica del paisaje antrópico, sin embargo, siguen siendo controvertidos. ^{[ se necesita más explicación ]}

Problema cosmológico constante

Andrei Linde , Sir Martin Rees y Leonard Susskind lo defienden como una solución al problema de la constante cosmológica . ^{[ cita requerida ]}

Supersimetría de escala débil del paisaje

Las ideas del paisaje de cuerdas se pueden aplicar a la noción de supersimetría de escala débil y al problema de la pequeña jerarquía. Para los vacíos de cuerda que incluyen el MSSM (Modelo Estándar Mínimo Supersimétrico) como la teoría del campo efectivo de baja energía, se espera que todos los valores de los campos de ruptura SUSY sean igualmente probables en el paisaje. Esto llevó a Douglas ^[15] y otros a proponer que la escala de ruptura de SUSY se distribuye como una ley de potencia en el paisaje.${\displaystyle P_{prior}\sim m_{soft}^{2n_{F}+n_{D}-1}}$ donde ${\displaystyle n_{F}}$ es el número de campos de ruptura F (distribuidos como números complejos) y ${\displaystyle n_{D}}$es el número de campos de ruptura D (distribuidos como números reales). A continuación, se puede imponer el requisito antrópico de Agrawal, Barr, Donoghue, Seckel (ABDS) ^{[16] de} que la escala débil derivada se encuentra dentro de un factor de unos pocos de nuestro valor medido (para que los núcleos necesarios para la vida tal como la conocemos se vuelvan inestables). (el principio atómico)). Combinando estos efectos con una leve atracción de la ley de potencias a grandes términos de ruptura suave de SUSY, se puede calcular el bosón de Higgs y las masas de superpartículas esperadas del paisaje. ^[17] La distribución de probabilidad de masas de Higgs alcanza un máximo de alrededor de 125 GeV, mientras que las espartículas (con la excepción de los higgsinos ligeros) tienden a estar mucho más allá de los límites de búsqueda actuales del LHC. Este enfoque es un ejemplo de la aplicación de la naturalidad fibrosa.

Relevancia científica

David Gross sugiere ^{[ cita requerida ]} que la idea es intrínsecamente anticientífica, infalsificable o prematura. Un famoso debate sobre el paisaje antrópico de la teoría de cuerdas es el debate Smolin-Susskind sobre los méritos del paisaje.

Recepción popular

Hay varios libros populares sobre el principio antrópico en cosmología. ^[18] Los autores de dos blogs de física, Lubos Motl y Peter Woit , se oponen a este uso del principio antrópico. ^{[ ¿por qué? ] [19]}

Ver también

• Dimensiones extra

Referencias

1. No se conoce con exactitud el número de vacíos metaestables, pero las estimaciones comúnmente citadas son del orden de 10 ⁵⁰⁰ . Véase M. Douglas , "Las estadísticas de la teoría de cuerdas / M vacua", JHEP 0305 , 46 (2003). arXiv : hep-th / 0303194 ; S. Ashok y M. Douglas, "Counting flux vacua", JHEP 0401 , 060 (2004).
2. L. Smolin, "¿Evolucionó el universo?", Gravedad clásica y cuántica 9 , 173-191 (1992). L. Smolin, La vida del cosmos (Oxford, 1997)
3. {{cite journal | title = El paisaje y el multiverso: ¿Cuál es el problema? | journal = Synthese | date = 2021 | last1 = Read | first1 = James | last2 = Le Bihan | first2 = Baptiste | doi = 10.1007 / s11229- 021-03137-0
4. Taylor, Washington; Wang, Yi-Nan (2015). "La geometría de la teoría F con más flux vacua". Revista de Física de Altas Energías . 2015 (12): 164. arXiv : 1511.03209 . Código Bibliográfico : 2015JHEP ... 12..164T . doi : 10.1007 / JHEP12 (2015) 164 . S2CID  41149049 .
5. Frederik Denef; Douglas, Michael R. (2007). "Complejidad computacional del paisaje". Annals of Physics . 322 (5): 1096-1142. arXiv : hep-th / 0602072 . Código Bibliográfico : 2007AnPhy.322.1096D . doi : 10.1016 / j.aop.2006.07.013 . S2CID 281586 . 
6. Kachru, Shamit; Kallosh, Renata; Linde, Andrei; Trivedi, Sandip P. (2003). "de Sitter Vacua en la teoría de cuerdas". Physical Review D . 68 (4): 046005. arXiv : hep-th / 0301240 . Código Bibliográfico : 2003PhRvD..68d6005K . doi : 10.1103 / PhysRevD.68.046005 . S2CID 119482182 . 
7. L. Susskind, "El paisaje antrópico de la teoría de cuerdas", arXiv : hep-th / 0302219 .
8. S. Weinberg, "Antrópico ligado a la constante cosmológica", Phys. Rev. Lett. 59 , 2607 (1987).
9. SM Carroll, "¿Es nuestro universo natural?" (2005) arXiv : hep-th / 0512148 revisa una serie de propuestas en preimpresiones con fecha de 2004/5.
10. M. Tegmark, A. Aguirre, M. Rees y F. Wilczek, "Constantes adimensionales, cosmología y otras materias oscuras", arXiv : astro-ph / 0511774 . F. Wilczek, "Iluminación, conocimiento, ignorancia, tentación", arXiv : hep-ph / 0512187 . Véase también la discusión en [1] .
11. Véase, por ejemplo , Alexander Vilenkin (2007). "Una medida del multiverso". Revista de Física A: Matemática y Teórica . 40 (25): 6777–6785. arXiv : hep-th / 0609193 . Código Bibliográfico : 2007JPhA ... 40.6777V . doi : 10.1088 / 1751-8113 / 40/25 / S22 . S2CID 119390736 . 
12. Abraham Loeb (2006). "Una prueba de observación para el origen antrópico de la constante cosmológica". Revista de cosmología y física de astropartículas . 0605 (5): 009. arXiv : astro-ph / 0604242 . Código bibliográfico : 2006JCAP ... 05..009L . doi : 10.1088 / 1475-7516 / 2006/05/009 . S2CID 39340203 . 
13. Jaume Garriga y Alexander Vilenkin (2006). "Predicción antrópica de Lambda y la catástrofe Q". Prog. Theor. Phys. Supl . 163 : 245–57. arXiv : hep-th / 0508005 . Código Bibliográfico : 2006PThPS.163..245G . doi : 10.1143 / PTPS.163.245 . S2CID 118936307 . 
14. Delia Schwartz-Perlov y Alexander Vilenkin (2006). "Probabilidades en el multiverso Bousso-Polchinski". Revista de cosmología y física de astropartículas . 0606 (6): 010. arXiv : hep-th / 0601162 . Código bibliográfico : 2006JCAP ... 06..010S . doi : 10.1088 / 1475-7516 / 2006/06/010 . S2CID 119337679 . 
15. MR Douglas, "Análisis estadístico de la escala de ruptura de supersimetría", arXiv : hep-th / 0405279 .
16. V. Agrawal, SM Barr, JF Donoghue y D. Seckel, "Consideraciones antrópicas en teorías de dominios múltiples y la escala de ruptura de simetría electrodébil", Phys. Rev. Lett. 80 , 1822 (1998). arXiv : hep-ph / 9801253
17. H. Baer, ​​V. Barger, H. Serce y K. Sinha, "Higgs y predicciones de masa de superpartículas del paisaje", JHEP 03 , 002 (2018), arXiv : 1712.01399 .
18. L. Susskind, El paisaje cósmico: teoría de cuerdas y la ilusión del diseño inteligente (Little, Brown, 2005). MJ Rees, Solo seis números: las fuerzas profundas que dan forma al universo (Basic Books, 2001). R. Bousso y J. Polchinski, "El panorama de la teoría de cuerdas", Sci. Soy. 291 , 60–69 (2004).
19. El blog de Motl criticaba el principio antrópico y el blog de Woitataca con frecuencia el paisaje antrópico de cuerdas.

Enlaces externos

• Paisaje de cuerdas; estabilización de módulos; flux vacua; compactificación de flujo en arxiv.org .
• Cvetič, Mirjam ; García-Etxebarria, Iñaki; Halverson, James (marzo de 2011). "Sobre el cálculo de potenciales efectivos no perturbativos en el panorama de la teoría de cuerdas". Fortschritte der Physik . 59 (3–4): 243–283. arXiv : 1009.5386 . Código bibliográfico : 2011ForPh..59..243C . doi : 10.1002 / prop.201000093 . S2CID  46634583 .