En la teoría de cuerdas , el paisaje de la teoría de cuerdas (o paisaje de vacíos ) es la colección de posibles vacíos falsos [1] que , en conjunto, forman un "paisaje" colectivo de opciones de parámetros que gobiernan las compactificaciones .
El término "paisaje" proviene de la noción de paisaje de aptitud en biología evolutiva . [2] 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 . [3]
En la teoría de cuerdas, se suele pensar que el número de vacíos de flujo es aproximadamente , [4] pero podría ser [5] o mayor. La gran cantidad de posibilidades surge de las opciones de variedades de Calabi-Yau y de las opciones de flujos magnéticos generalizados a lo largo de varios ciclos de homología , que se encuentran en la teoría F.
Si no existe estructura en el espacio de vacíos, el problema de encontrar una con una constante cosmológica suficientemente pequeña es NP completo . [6] Esta 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 . [7]
Se suele suponer que el ajuste fino de constantes como la constante cosmológica o la masa del bosón de Higgs se produce por razones físicas precisas, en lugar de tomar sus valores particulares al azar. Es decir, estos valores deberían ser coherentes de manera única con las leyes físicas subyacentes.
El número de configuraciones teóricamente permitidas ha dado lugar a sugerencias [ ¿según quién? ] de que este no es el caso y de que se realizan físicamente muchos vacíos diferentes. [8] El principio antrópico propone que las constantes fundamentales pueden tener los valores que tienen porque dichos valores son necesarios para la vida (y, por lo tanto, para que los observadores inteligentes midan las constantes). El paisaje antrópico se refiere, por tanto, al conjunto de aquellas porciones del paisaje que son adecuadas para sustentar la vida inteligente.
En 1987, Steven Weinberg propuso que el valor observado de la constante cosmológica era tan pequeño porque es imposible que exista vida en un universo con una constante cosmológica mucho mayor. [9]
Weinberg intentó predecir la magnitud de la constante cosmológica basándose en argumentos probabilísticos. Se han hecho otros intentos [ ¿cuáles? ] de aplicar un razonamiento similar a los modelos de física de partículas. [10]
Estos intentos se basan en las ideas generales de la probabilidad bayesiana ; interpretar la probabilidad en un contexto donde sólo 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 de observar algunos parámetros fundamentales viene dada por,
donde es la probabilidad previa, según la teoría fundamental, de los parámetros y es la "función de selección antrópica", determinada por el número de "observadores" que habría en el universo con parámetros . [ cita requerida ]
Estos argumentos probabilísticos son el aspecto más controvertido del panorama. Las críticas técnicas a estas propuestas han señalado que: [ cita requerida ] [ año requerido ]
Tegmark et al. han considerado recientemente estas objeciones y han propuesto un escenario antrópico simplificado para la materia oscura axónica en el que argumentan que los dos primeros problemas no se aplican. [11]
Vilenkin y colaboradores han propuesto una forma consistente de definir las probabilidades para un vacío dado. [12]
Un problema con muchos de los enfoques simplificados que la gente [ ¿quién? ] ha intentado es que "predicen" una constante cosmológica que es demasiado grande por un factor de 10 a 1000 órdenes de magnitud (dependiendo de las suposiciones de cada uno) y por lo tanto sugieren que la aceleración cósmica debería ser mucho más rápida de lo que se observa. [13] [14] [15]
Pocos discuten la gran cantidad de vacíos metaestables. [ cita requerida ] Sin embargo, la existencia, el significado y la relevancia científica del paisaje antrópico siguen siendo controvertidos. [ se necesita más explicación ]
Andrei Linde , Sir Martin Rees y Leonard Susskind lo proponen como solución al problema de la constante cosmológica . [ cita requerida ]
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 cuerdas que incluyen el MSSM (Modelo Estándar Supersimétrico Mínimo) como la teoría de campo efectiva 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 [16] y a otros a proponer que la escala de ruptura SUSY se distribuye como una ley de potencia en el paisaje donde es el número de campos de ruptura F (distribuidos como números complejos) y 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) [17] de que la escala débil derivada se encuentre dentro de un factor de unos pocos de nuestro valor medido (para que los núcleos necesarios para la vida tal como la conocemos no se vuelvan inestables (el principio atómico)). Combinando estos efectos con una extracción de ley de potencia suave a grandes términos de ruptura SUSY suave, se pueden calcular las masas del bosón de Higgs y de las superpartículas esperadas del paisaje. [18] La distribución de probabilidad de masa del Higgs alcanza su pico máximo alrededor de los 125 GeV, mientras que las partículas s (con excepción de los higgsinos ligeros) tienden a situarse mucho más allá de los límites de búsqueda actuales del LHC. Este enfoque es un ejemplo de la aplicación de la naturalidad de las cuerdas.
David Gross sugiere [ cita requerida ] que la idea es inherentemente no científica, infalible o prematura. Un debate famoso sobre el paisaje antrópico de la teoría de cuerdas es el debate Smolin-Susskind sobre los méritos del paisaje.
Existen varios libros populares sobre el principio antrópico en cosmología. [19] Los autores de dos blogs de física, Lubos Motl y Peter Woit , se oponen a este uso del principio antrópico. [ ¿Por qué? ] [20]
