Aparte de la teoría de cuerdas, ¿qué otras teorías físicas se basan en lo que nunca se ha observado?

Todas las teorías físicas.

Para ilustrar cómo funciona el proceso de formación de una teoría física, veamos un ejemplo concreto.

Imagina que nunca has visto una silla, pero te encuentras con una por primera vez. Entras en una habitación y ves lo que parece ser una forma de madera frente a ti. No está seguro de que sea solo una ilusión, pero tiene la hipótesis de que hay algún objeto físico tridimensional permanente en la habitación … porque parece ser la suposición más simple. A falta de un término mejor, usted decide llamar a este objeto hipotético “silla”. Enhorabuena, acabas de formar una teoría física.

Para poner a prueba tu teoría, caminas detrás de la silla para obtener una perspectiva diferente. Si la ilusión se derrumba y ya no parece coherente con lo que viste desde el frente … entonces estás fuera de suerte, tu teoría estaba equivocada. Pero si tiene suerte, la vista posterior parece que aún podría ser consistente con la existencia de algún tipo de objeto tridimensional sentado en la habitación. Y ahora sabes un poco más sobre su forma, dado que tu teoría es correcta.

Usted camina a los lados y se ve diferente, pero la teoría aún tiene sentido, no se ha descartado. ¿Pero sabes con certeza ahora que la teoría es correcta? La silla parece bastante sólida, pero tal vez sea realmente una especie de holograma 3d, diseñado para engañar a tus ojos. Así que el siguiente paso es tocarlo, idealmente incluso sentarse sobre él.

Tomas la mano para intentar tocar la silla. Si su mano lo atraviesa, a pesar de que su teoría parece bastante buena, al final se demostró que estaba equivocada.

Pero supongamos que su mano no pasa, se detiene justo en el punto correcto y, si empuja con suficiente fuerza, la silla incluso se desliza por el suelo. Se oye un chillido fuerte como lo hace. Usted se sienta en la silla, con cuidado en caso de que esté a punto de caer al suelo. Sostiene tu peso. Descansa un poco y reflexiona si ahora puedes proclamar con confianza que tu teoría física ha sido verificada.

Hace aproximadamente un mes, visité el laboratorio de inteligencia artificial de Stanford, donde me dieron una demostración de una “interfaz háptica”. Agarre algo que parece un bolígrafo, y puede usarlo para probar una superficie virtual, sintiendo los rincones y las grietas de cualquier superficie virtual que la computadora pueda generar. Incluso me dejaron sentir una superficie que se parecía mucho a la gelatina. Cuando lo presionas ligeramente, sientes un poco de resistencia, te sientes blando, y si lo presionas más fuerte, puedes atravesarlo. Esta tecnología aún se está perfeccionando, pero no es difícil imaginar dónde estará esto en el futuro cercano.

Incluso si descarta la posibilidad de que alguna sociedad avanzada haya instalado algún tipo de interfaz háptica de capa delgada en su cuerpo mientras dormía, todavía hay un sentido importante en el que tocar la silla todavía no confirma directamente su teoría original.

Nuestras mejores teorías físicas dicen que sus manos (piel, etc.) están compuestas de átomos, pero nadie ha visto un átomo a simple vista. Suponiendo que estas teorías científicas de vanguardia son correctas, entonces la razón por la que su mano siente resistencia cuando se acerca a la superficie de la silla se debe a la fuerza de repulsión entre los electrones en los átomos de la silla y los electrones en tu mano. Al parecer, los fotones virtuales son los portadores de esta fuerza, pero nadie ha observado directamente a ninguno de ellos. Así que ya ves, la idea general de que hay una silla allí se basa en entidades hipotéticas no observadas (y posiblemente incluso no observables).

Con tus ojos, solo observas la silla indirectamente a través de la luz reflejada en ella. El chillido que escuchaste mientras la silla se deslizaba por el piso se debía a las ondas de sonido que entraban a tu oído, pero no sabes con seguridad de dónde venían. Y con tus manos solo sientes la silla (suponiendo que esté ahí) debido a una fuerza transmitida por partículas no observables que transportan la fuerza. Si esa fuerza que usted siente se debe a alguna otra fuente, entonces la idea de la silla puede no ser necesaria. Igual si la luz que ve que forma una imagen de una silla en su retina se está redirigiendo o alterando de alguna manera.

Sin embargo, la teoría de la silla es buena. Hasta ahora, todas las pruebas que puede hacer son consistentes con la existencia de una silla. Y no parece haber una teoría más simple que haga tan buen trabajo de explicar los datos sensoriales que tiene.

La teoría de cuerdas se parece mucho a la teoría de la silla. Hasta ahora, es la mejor teoría que tenemos que parece explicar los datos que se han recopilado hasta ahora, sin encontrar contradicciones u otros signos fatales de que la teoría está muerta. ¿Es posible que la teoría de cuerdas sea incorrecta? Sí, siempre es posible.

Pero hasta ahora, ningún experimento ha podido demostrar que la teoría tiene algo de malo. Y nadie ha propuesto ninguna teoría alternativa plausible que sea consistente con los datos. Creo que es seguro decir que todos (incluso los teóricos de cuerdas) estarían muy emocionados si alguien lo hiciera.

P: Aparte de la teoría de cuerdas, ¿qué otras teorías físicas se basan en lo que nunca se ha observado?

Casi todas ellas. No se me ocurren ejemplos de la era moderna donde esto sea cierto. Cuando Mendeleev propuso la tabla periódica, lo llevó a predecir 8 nuevos elementos que no fueron descubiertos en ese momento. A Einstein se le ocurrió la relatividad especial en 1905 y solo se verificó experimentalmente durante los próximos 15 años. La relatividad general se propuso en 1915 y el primer experimento fue en 1919 y aún continúa hasta el 2015/2016.

Otro gran ejemplo es el modelo estándar de la física de partículas, donde hay una serie de ejemplos donde se hicieron predicciones antes de la observación, o en otras palabras, donde se propusieron teorías sin ningún conocimiento previo de los datos experimentales que implicaba. Por ejemplo,

  1. Los quarks arriba, abajo y extraños fueron propuestos en 1964 y descubiertos en 1969.
  2. Charm quark propuesto en 1964 y descubierto (a través del descubrimiento J [math] / \ psi [/ math] en 1974)
  3. Botton quark propuesto en 1973, descubierto en 1977.
  4. Tau neutrino propuesto en 1977, descubierto en 2000.
  5. El bosón de Higgs se propuso a lo largo de los años 60 (a través de una comprensión teórica incremental del modelo estándar) y se descubrió en 2012.

Estoy seguro de que hay otros ejemplos aquí, pero estos son los que puedo sacar de la parte superior de mi cabeza y un poco de googlear.

No son exactamente teorías de la física, pero todas las interpretaciones de la mecánica cuántica entran en esta categoría. Muchos mundos, Copenhague, decoherencia, de Broglie-Bohm, teorías de la información cuántica … ninguno de ellos puede ser superior al otro.

Pero tienen el hábito de atraer fanáticos apasionados que jurarán que una u otra interpretación es definitivamente correcta y que cualquiera que no pueda verla es un poco idiota.

Creo que esto tiene que ver con la dificultad que tiene la gente para ser incierto. Mucha gente preferiría adoptar una teoría errónea que simplemente no saber. También es posible leer uno o dos libros que presenten el mismo punto de vista y convencerse de que cualquiera que sea la teoría que propugnan estos libros es claramente correcta. Vemos esto con la medicina alternativa y las teorías de conspiración todo el tiempo.

Sin embargo, al menos estas hipótesis proporcionan una manera de interpretar los resultados existentes, mientras que la teoría de cuerdas aparentemente aún no ha logrado producir el modelo estándar. Entonces, parece un poco extraño que haya atraído tanto apoyo. Tal vez ese apoyo resultará justificado, pero si tuviera que adivinar, supongo que no. No es que mis conjeturas valgan nada, incluso para mí.

La materia oscura y la energía oscura son otros dos, aunque ahora con cuerpos bastante sustanciales de evidencia circunstancial, pero todavía carecen de la prueba concluyente de que sus respectivas existencias son la resolución correcta de lo que estamos observando.

De manera similar la inflación.

Dependiendo de lo generoso que te sientas con los teístas, también puedes incluir los diferentes diseños inteligentes y las historias de Genesis en todo el mundo … quién sabe, uno de ellos podría resultar ser correcto todo el tiempo, y comenzar a proporcionar evidencia observable de su Corrección que se puede medir en experimentos controlados.

La historia de la ciencia está llena de cosas que el experimento no admite, hasta que lo fue.

  1. Ecuación de Dirac
  2. Neutrinos
  3. Anti materia
  4. Deriva continental
  5. Agujeros negros
  6. Violación de CP
  7. P violación
  8. Neptuno

Bueno, no es lo que pediste, pero quizás te interese que el modelo estándar de la física de partículas se construyó suponiendo la existencia del campo de Higgs y el bosón de Higgs.

Esta fue la razón porque era tan importante encontrar el bosón de Higgs, de lo contrario, el modelo estándar se habría colapsado (quizás solo parcialmente).

Afortunadamente lo encontramos.