Teoria das cordas
Na física, a teoria das cordas é uma estrutura teórica na qual as partículas pontuais da física de partículas são substituídas por objetos unidimensionais chamados cordas. A teoria das cordas descreve como essas cordas se propagam pelo espaço e interagem umas com as outras. Em escalas de distância maiores que a escala da corda, uma corda age como uma partícula, com sua massa, carga e outras propriedades determinadas pelo estado vibracional da corda. Na teoria das cordas, um dos muitos estados vibracionais da corda corresponde ao gráviton, uma partícula quântica que carrega a força gravitacional. Portanto, a teoria das cordas é uma teoria da gravidade quântica.
Visão geral
No século XX, surgiram duas estruturas teóricas para formular as leis da física. A primeira é a teoria geral da relatividade de Albert Einstein, uma teoria que explica a força da gravidade e a estrutura do espaço-tempo no nível macro. A outra é a mecânica quântica, uma formulação completamente diferente, que usa princípios de probabilidade conhecidos para descrever fenômenos físicos no nível micro. No final da década de 1970, essas duas estruturas provaram ser suficientes para explicar a maioria das características observadas do universo, de partículas elementares a átomos, à evolução das estrelas e do universo como um todo. Apesar desses sucessos, ainda há muitos problemas que precisam ser resolvidos. Um dos problemas mais profundos da física moderna é o problema da gravidade quântica. A teoria geral da relatividade é formulada dentro da estrutura da física clássica, enquanto as outras forças fundamentais são descritas dentro da estrutura da mecânica quântica. Uma teoria quântica da gravidade é necessária para reconciliar a relatividade geral com os princípios da mecânica quântica, mas surgem dificuldades quando se tenta aplicar as prescrições usuais da teoria quântica à força da gravidade.
Cordas
A aplicação da mecânica quântica a objetos físicos como o campo eletromagnético, que são estendidos no espaço e no tempo, é conhecida como teoria quântica de campos. Na física de partículas, as teorias quânticas de campos formam a base para nossa compreensão de partículas elementares, que são modeladas como excitações nos campos fundamentais. Na teoria quântica de campos, normalmente calcula-se as probabilidades de vários eventos físicos usando as técnicas da teoria de perturbação. Desenvolvida por Richard Feynman e outros na primeira metade do século XX, a teoria quântica de campos perturbativa usa diagramas especiais chamados diagramas de Feynman para organizar computações. Imagina-se que esses diagramas descrevem os caminhos de partículas pontuais e suas interações.
Dimensões extras
Na vida cotidiana, há três dimensões familiares (3D) do espaço: altura, largura e comprimento. A teoria geral da relatividade de Einstein trata o tempo como uma dimensão a par das três dimensões espaciais; na relatividade geral, o espaço e o tempo não são modelados como entidades separadas, mas são unificados em um espaço-tempo quadridimensional (4D). Nesta estrutura, o fenômeno da gravidade é visto como uma consequência da geometria do espaço-tempo. Apesar do fato de que o Universo é bem descrito pelo espaço-tempo quadridimensional, há várias razões pelas quais os físicos consideram teorias em outras dimensões. Em alguns casos, ao modelar o espaço-tempo em um número diferente de dimensões, uma teoria se torna mais matematicamente tratável, e pode-se realizar cálculos e obter percepções gerais mais facilmente.[a] Há também situações em que teorias em duas ou três dimensões de espaço-tempo são úteis para descrever fenômenos na física da matéria condensada. Finalmente, existem cenários nos quais poderia realmente haver mais de 4 dimensões de espaço-tempo que, no entanto, conseguiram escapar da detecção.
Dualidades
Um fato notável sobre a teoria das cordas é que as diferentes versões da teoria acabam se relacionando de maneiras altamente não triviais. Uma das relações que podem existir entre diferentes teorias das cordas é chamada de dualidade S. Esta é uma relação que diz que uma coleção de partículas fortemente interativas em uma teoria pode, em alguns casos, ser vista como uma coleção de partículas fracamente interativas em uma teoria completamente diferente. Grosso modo, diz-se que uma coleção de partículas está fortemente interativa se elas se combinam e decaem frequentemente e fracamente interativas se elas o fazem raramente. A teoria das cordas tipo I acaba sendo equivalente por dualidade S à teoria das cordas heteróticas SO(32). Da mesma forma, a teoria das cordas tipo IIB está relacionada a si mesma de uma maneira não trivial por dualidade S.
Branas
Na teoria das cordas e outras teorias relacionadas, uma brana é um objeto físico que generaliza a noção de uma partícula pontual para dimensões superiores. Por exemplo, uma partícula pontual pode ser vista como uma brana de dimensão zero, enquanto uma corda pode ser vista como uma brana de dimensão um. Também é possível considerar branas de dimensão superior. Na dimensão p, elas são chamadas de branas p. A palavra brana vem da palavra "membrana", que se refere a uma brana bidimensional. Branas são objetos dinâmicos que podem se propagar através do espaço-tempo de acordo com as regras da mecânica quântica. Elas têm massa e podem ter outros atributos, como carga. Uma brana p varre um volume (p+1)-dimensional no espaço-tempo chamado de volume mundial. Os físicos frequentemente estudam campos análogos ao campo eletromagnético que vivem no volume mundial de uma brana.
Antes de 1995, os teóricos acreditavam que havia cinco versões consistentes da teoria das supercordas (tipo I, tipo IIA, tipo IIB e duas versões da teoria das cordas heteróticas). Esse entendimento mudou em 1995, quando Edward Witten sugeriu que as cinco teorias eram apenas casos limites especiais de uma teoria de onze dimensões chamada teoria M. A conjectura de Witten foi baseada no trabalho de vários outros físicos, incluindo Ashoke Sen, Chris Hull, Paul Townsend e Michael Duff. Seu anúncio levou a uma onda de atividade de pesquisa agora conhecida como a segunda revolução das supercordas.
Unificação das teorias das supercordas
Na década de 1970, muitos físicos se interessaram pelas teorias da supergravidade, que combinam a relatividade geral com a supersimetria. Enquanto a relatividade geral faz sentido em qualquer número de dimensões, a supergravidade coloca um limite superior no número de dimensões. Em 1978, o trabalho de Werner Nahm mostrou que a dimensão máxima do espaço-tempo na qual se pode formular uma teoria supersimétrica consistente é onze. No mesmo ano, Eugene Cremmer, Bernard Julia e Joël Scherk da École Normale Supérieure mostraram que a supergravidade não apenas permite até onze dimensões, mas é de fato mais elegante neste número máximo de dimensões. Inicialmente, muitos físicos esperavam que, ao compactificar a supergravidade de onze dimensões, fosse possível construir modelos realistas do nosso mundo de quatro dimensões. A esperança era que tais modelos fornecessem uma descrição unificada das quatro forças fundamentais da natureza: eletromagnetismo, as forças nucleares forte e fraca e a gravidade. O interesse na supergravidade de onze dimensões logo diminuiu à medida que várias falhas neste esquema foram descobertas. Um dos problemas era que as leis da física pareciam distinguir entre sentido horário e anti-horário, um fenômeno conhecido como quiralidade. Edward Witten e outros observaram que essa propriedade de quiralidade não pode ser facilmente derivada pela compactificação de onze dimensões.
Teoria da matriz
Em matemática, uma matriz é um arranjo retangular de números ou outros dados. Em física, um modelo de matriz é um tipo particular de teoria física cuja formulação matemática envolve a noção de uma matriz de uma forma importante. Um modelo de matriz descreve o comportamento de um conjunto de matrizes dentro da estrutura da mecânica quântica. Um exemplo importante de um modelo de matriz é o modelo de matriz de BFSS proposto por Tom Banks, Willy Fischler, Stephen Shenker e Leonard Susskind em 1997. Esta teoria descreve o comportamento de um conjunto de nove grandes matrizes. Em seu artigo original, esses autores mostraram, entre outras coisas, que o limite de baixa energia deste modelo de matriz é descrito pela supergravidade de onze dimensões. Esses cálculos os levaram a propor que o modelo de matriz de BFSS é exatamente equivalente à teoria M. O modelo de matriz de BFSS pode, portanto, ser usado como um protótipo para uma formulação correta da teoria M e uma ferramenta para investigar as propriedades da teoria M em um ambiente relativamente simples.
Na relatividade geral, um buraco negro é definido como uma região do espaço-tempo na qual o campo gravitacional é tão forte que nenhuma partícula ou radiação pode escapar. Nos modelos atualmente aceitos de evolução estelar, acredita-se que os buracos negros surgem quando estrelas massivas sofrem colapso gravitacional, e muitas galáxias são consideradas como contendo buracos negros supermassivos em seus centros. Os buracos negros também são importantes por razões teóricas, pois apresentam desafios profundos para os teóricos que tentam entender os aspectos quânticos da gravidade. A teoria das cordas provou ser uma ferramenta importante para investigar as propriedades teóricas dos buracos negros porque fornece uma estrutura na qual os teóricos podem estudar sua termodinâmica.
Fórmula de Bekenstein e Hawking
No ramo da física chamado mecânica estatística, a entropia é uma medida da aleatoriedade ou desordem de um sistema físico. Este conceito foi estudado na década de 1870 pelo físico austríaco Ludwig Boltzmann, que mostrou que as propriedades termodinâmicas de um gás poderiam ser derivadas das propriedades combinadas de suas muitas moléculas constituintes. Boltzmann argumentou que, ao calcular a média dos comportamentos de todas as diferentes moléculas em um gás, pode-se entender propriedades macroscópicas, como volume, temperatura e pressão. Além disso, essa perspectiva o levou a dar uma definição precisa de entropia como o logaritmo natural do número de diferentes estados das moléculas (também chamados de microestados) que dão origem às mesmas características macroscópicas.
Derivação dentro da teoria das cordas
Em um artigo de 1996, Andrew Strominger e Cumrun Vafa mostraram como derivar a fórmula de Bekenstein e Hawking para certos buracos negros na teoria das cordas. Seu cálculo foi baseado na observação de que branas D — que parecem membranas flutuantes quando estão interagindo fracamente — tornam-se objetos densos e massivos com horizontes de eventos quando as interações são fortes. Em outras palavras, um sistema de branas D fortemente interativas na teoria das cordas é indistinguível de um buraco negro. Strominger e Vafa analisaram tais sistemas de branas D e calcularam o número de maneiras diferentes de colocar branas D no espaço-tempo de modo que sua massa e carga combinadas sejam iguais a uma dada massa e carga para o buraco negro resultante. Seu cálculo reproduziu a fórmula de Bekenstein e Hawking exatamente, incluindo o fator de 1/4. Trabalhos subsequentes de Strominger, Vafa e outros refinaram os cálculos originais e forneceram os valores precisos das "correções quânticas" necessárias para descrever buracos negros muito pequenos.
Uma abordagem para formular a teoria das cordas e estudar suas propriedades é fornecida pela correspondência anti-de Sitter/teoria de campo conforme (AdS/CFT). Este é um resultado teórico que implica que a teoria das cordas é, em alguns casos, equivalente a uma teoria quântica de campos. Além de fornecer insights sobre a estrutura matemática da teoria das cordas, a correspondência AdS/CFT lançou luz sobre muitos aspectos da teoria quântica de campos em regimes onde as técnicas de cálculo tradicionais são ineficazes. A correspondência AdS/CFT foi proposta pela primeira vez por Juan Maldacena no final de 1997. Aspectos importantes da correspondência foram elaborados em artigos de Steven Gubser, Igor Klebanov e Alexander Markovich Polyakov, e por Edward Witten. Em 2010, o artigo de Maldacena tinha mais de 7000 citações, tornando-se o artigo mais citado no campo da física de altas energias.[b]
Visão geral da correspondência
Na correspondência AdS/CFT, a geometria do espaço-tempo é descrita em termos de uma certa solução do vácuo da equação de Einstein chamada anti-espaço de de Sitter. Em termos muito elementares, o anti-espaço de de Sitter é um modelo matemático do espaço-tempo no qual a noção de distância entre pontos (a métrica) é diferente da noção de distância na geometria euclidiana comum. Está intimamente relacionado ao espaço hiperbólico, que pode ser visto como um disco, conforme ilustrado à esquerda. Esta imagem mostra uma tesselação de um disco por triângulos e quadrados. Pode-se definir a distância entre os pontos deste disco de tal forma que todos os triângulos e quadrados sejam do mesmo tamanho e o limite externo circular esteja infinitamente longe de qualquer ponto no interior.
Aplicações à gravidade quântica
A descoberta da correspondência AdS/CFT foi um grande avanço na compreensão dos físicos sobre a teoria das cordas e a gravidade quântica. Uma razão para isso é que a correspondência fornece uma formulação da teoria das cordas em termos da teoria quântica de campos, que é bem compreendida por comparação. Outra razão é que ela fornece uma estrutura geral na qual os físicos podem estudar e tentar resolver os paradoxos dos buracos negros. Em 1975, Stephen Hawking publicou um cálculo que sugeria que os buracos negros não são completamente negros, mas emitem uma radiação fraca devido a efeitos quânticos perto do horizonte de eventos. A princípio, o resultado de Hawking representou um problema para os teóricos porque sugeria que os buracos negros destroem informações. Mais precisamente, o cálculo de Hawking parecia entrar em conflito com um dos postulados básicos da mecânica quântica, que afirma que os sistemas físicos evoluem no tempo de acordo com a equação de Schrödinger. Essa propriedade é geralmente chamada de unitariedade da evolução temporal. A aparente contradição entre o cálculo de Hawking e o postulado de unitariedade da mecânica quântica veio a ser conhecida como o paradoxo da informação do buraco negro.
Aplicações à física nuclear
Além de suas aplicações a problemas teóricos em gravidade quântica, a correspondência AdS/CFT tem sido aplicada a uma variedade de problemas em teoria quântica de campos. Um sistema físico que tem sido estudado usando a correspondência AdS/CFT é o plasma de quarks e glúons, um estado da matéria exótico produzido em aceleradores de partículas. Este estado da matéria surge por breves instantes quando íons pesados como núcleos de ouro ou chumbo colidem em altas energias. Tais colisões fazem com que os quarks que compõem os núcleos atômicos se desconfinem a temperaturas de aproximadamente dois trilhões de kelvin, condições semelhantes às presentes em torno de 10−11 segundos após o Big Bang.
Aplicações à física da matéria condensada
A correspondência AdS/CFT também tem sido usada para estudar aspectos da física da matéria condensada. Ao longo das décadas, físicos experimentais da matéria condensada descobriram uma série de estados exóticos da matéria, incluindo supercondutores e superfluidos. Esses estados são descritos usando o formalismo da teoria quântica de campos, mas alguns fenômenos são difíceis de explicar usando técnicas teóricas de campo padrão. Alguns teóricos da matéria condensada, incluindo Subir Sachdev, esperam que a correspondência AdS/CFT torne possível descrever esses sistemas na linguagem da teoria das cordas e aprender mais sobre seu comportamento. Até agora, algum sucesso foi alcançado no uso de métodos da teoria das cordas para descrever a transição de um superfluido para um isolante. Um superfluido é um sistema de átomos eletricamente neutros que flui sem qualquer atrito. Tais sistemas são frequentemente produzidos em laboratório usando hélio líquido, mas recentemente experimentalistas desenvolveram novas maneiras de produzir superfluidos artificiais despejando trilhões de átomos frios em uma rede de lasers cruzados. Esses átomos inicialmente se comportam como um superfluido, mas conforme os experimentalistas aumentam a intensidade dos lasers, eles se tornam menos móveis e então repentinamente transitam para um estado isolante. Durante a transição, os átomos se comportam de uma maneira incomum. Por exemplo, os átomos desaceleram até parar a uma taxa que depende da temperatura e da constante de Planck, o parâmetro fundamental da mecânica quântica, que não entra na descrição das outras fases. Esse comportamento foi recentemente compreendido ao considerar uma descrição dupla onde as propriedades do fluido são descritas em termos de um buraco negro de dimensão superior.
Além de ser uma ideia de considerável interesse teórico, a teoria das cordas fornece uma estrutura para a construção de modelos de física do mundo real que combinam relatividade geral e física de partículas. A fenomenologia é o ramo da física teórica em que os físicos constroem modelos realistas da natureza a partir de ideias teóricas mais abstratas. A fenomenologia das cordas é a parte da teoria das cordas que tenta construir modelos realistas ou semirrealistas com base na teoria das cordas. Em parte devido a dificuldades teóricas e matemáticas e em parte devido às energias extremamente altas necessárias para testar essas teorias experimentalmente, não há até agora nenhuma evidência experimental que indique inequivocamente que qualquer um desses modelos seja uma descrição fundamental correta da natureza. Isso levou alguns na comunidade a criticar essas abordagens de unificação e questionar o valor da pesquisa contínua sobre esses problemas.
Física de partículas
A teoria atualmente aceita que descreve partículas elementares e suas interações é conhecida como o modelo padrão da física de partículas. Esta teoria fornece uma descrição unificada de três das forças fundamentais da natureza: eletromagnetismo e as forças nucleares forte e fraca. Apesar de seu sucesso notável em explicar uma ampla gama de fenômenos físicos, o modelo padrão não pode ser uma descrição completa da realidade. Isso ocorre porque o modelo padrão falha em incorporar a força da gravidade e por causa de problemas como o problema de hierarquia e a incapacidade de explicar a estrutura das massas de férmions ou matéria escura. A teoria das cordas tem sido usada para construir uma variedade de modelos de física de partículas que vão além do modelo padrão. Normalmente, tais modelos são baseados na ideia de compactificação. Começando com o espaço-tempo de dez ou onze dimensões da corda ou teoria M, os físicos postulam uma forma para as dimensões extras. Ao escolher esta forma apropriadamente, eles podem construir modelos aproximadamente semelhantes ao modelo padrão da física de partículas, juntamente com partículas adicionais não descobertas. Uma maneira popular de derivar física realista da teoria das cordas é começar com a teoria heterótica em dez dimensões e assumir que as seis dimensões extras do espaço-tempo têm o formato de uma variedade de Calabi e Yau de seis dimensões. Tais compactificações oferecem muitas maneiras de extrair física realista da teoria das cordas. Outros métodos semelhantes podem ser usados para construir modelos realistas ou semirrealistas do nosso mundo quadridimensional com base na teoria M.
Cosmologia
A teoria do Big Bang é o modelo cosmológico predominante para o universo desde os primeiros períodos conhecidos até sua subsequente evolução em larga escala. Apesar de seu sucesso em explicar muitas características observadas do universo, incluindo desvios para o vermelho galácticos, a abundância relativa de elementos leves como hidrogênio e hélio, e a existência de um fundo cósmico de micro-ondas, há várias questões que permanecem sem resposta. Por exemplo, o modelo padrão do Big Bang não explica por que o universo parece ser o mesmo em todas as direções, por que ele parece plano em escalas de distância muito grandes ou por que certas partículas hipotéticas, como monopolos magnéticos, não são observadas em experimentos.
Além de influenciar a pesquisa em física teórica, a teoria das cordas estimulou uma série de grandes desenvolvimentos em matemática pura. Como muitas ideias em desenvolvimento na física teórica, a teoria das cordas não tem atualmente uma formulação matematicamente rigorosa na qual todos os seus conceitos podem ser definidos precisamente. Como resultado, os físicos que estudam a teoria das cordas são frequentemente guiados pela intuição física para conjeturar relações entre as estruturas matemáticas aparentemente diferentes que são usadas para formalizar diferentes partes da teoria. Essas conjecturas são posteriormente provadas por matemáticos e, dessa forma, a teoria das cordas serve como uma fonte de novas ideias em matemática pura.
Simetria espelhada
Depois que as variedades de Calabi-Yau entraram na física como uma forma de compactificar dimensões extras na teoria das cordas, muitos físicos começaram a estudar essas variedades. No final da década de 1980, vários físicos notaram que, dada essa compactificação da teoria das cordas, não é possível reconstruir exclusivamente uma variedade de Calabi-Yau correspondente. Em vez disso, duas versões diferentes da teoria das cordas, tipo IIA e tipo IIB, podem ser compactificadas em variedades de Calabi-Yau completamente diferentes, dando origem à mesma física. Nessa situação, as variedades são chamadas de variedades espelhadas, e a relação entre as duas teorias físicas é chamada de simetria espelhada.
Luar monstruoso
A teoria dos grupos é o ramo da matemática que estuda o conceito de simetria. Por exemplo, pode-se considerar uma forma geométrica como um triângulo equilátero. Existem várias operações que podem ser realizadas neste triângulo sem alterar sua forma. Pode-se girá-lo em 120°, 240° ou 360°, ou pode-se refletir em qualquer uma das linhas rotuladas S0, S1 ou S2 na imagem. Cada uma dessas operações é chamada de simetria, e a coleção dessas simetrias satisfaz certas propriedades técnicas, tornando-a o que os matemáticos chamam de grupo. Neste exemplo específico, o grupo é conhecido como grupo diedro de ordem 6 porque tem seis elementos. Um grupo geral pode descrever finitamente muitas ou infinitamente muitas simetrias; se houver apenas simetrias finitamente muitas, é chamado de grupo finito.
Resultados iniciais
Algumas das estruturas reintroduzidas pela teoria das cordas surgiram pela primeira vez muito antes como parte do programa de unificação clássica iniciado por Albert Einstein. A primeira pessoa a adicionar uma quinta dimensão a uma teoria da gravidade foi Gunnar Nordström em 1914, que observou que a gravidade em cinco dimensões descreve tanto a gravidade quanto o eletromagnetismo em quatro. Nordström tentou unificar o eletromagnetismo com sua teoria da gravitação, que foi, no entanto, substituída pela relatividade geral de Einstein em 1919. Depois disso, o matemático alemão Theodor Kaluza combinou a quinta dimensão com a relatividade geral, e apenas Kaluza é geralmente creditado com a ideia. Em 1926, o físico sueco Oskar Klein deu uma interpretação física da dimensão extra que não é observável — ela é envolvida em um pequeno círculo. Einstein introduziu um tensor métrico que não é simétrico, enquanto muito mais tarde Brans e Dicke adicionaram um componente escalar à gravidade. Essas ideias seriam revividas dentro da teoria das cordas, onde são exigidas por condições de consistência.
Primeira revolução das supercordas
No início da década de 1980, Edward Witten descobriu que a maioria das teorias da gravidade quântica não conseguia acomodar férmions quirais como o neutrino. Isso o levou, em colaboração com Luis Álvarez-Gaumé, a estudar violações das leis de conservação em teorias da gravidade com anomalias, concluindo que as teorias das cordas do tipo I eram inconsistentes. Green e Schwarz descobriram uma contribuição para a anomalia que Witten e Alvarez-Gaumé não perceberam, que restringia o grupo de gauge da teoria das cordas do tipo I a SO(32). Ao entender esse cálculo, Edward Witten se convenceu de que a teoria das cordas era realmente uma teoria consistente da gravidade, e ele se tornou um defensor de alto nível. Seguindo a liderança de Witten, entre 1984 e 1986, centenas de físicos começaram a trabalhar neste campo, e isso às vezes é chamado de primeira revolução das supercordas.
Segunda revolução das supercordas
Em 1995, na conferência anual de teóricos das cordas na Universidade do Sul da Califórnia (USC), Edward Witten fez um discurso sobre a teoria das cordas que, em essência, uniu as cinco teorias das cordas que existiam na época, e deu origem a uma nova teoria de 11 dimensões chamada teoria M. A teoria M também foi prenunciada no trabalho de Paul Townsend aproximadamente na mesma época. A onda de atividade que começou nessa época é às vezes chamada de segunda revolução das supercordas. Durante este período, Tom Banks, Willy Fischler, Stephen Shenker e Leonard Susskind formularam a teoria da matriz, uma descrição holográfica completa da teoria M usando branas IIA D0. Esta foi a primeira definição da teoria das cordas que foi totalmente não perturbativa e uma realização matemática concreta do princípio holográfico. É um exemplo de uma dualidade de gauge-gravidade e agora é entendida como um caso especial da correspondência AdS/CFT. Andrew Strominger e Cumrun Vafa calcularam a entropia de certas configurações de branas D e encontraram concordância com a resposta semiclássica para buracos negros extremamente carregados. Petr Hořava e Witten encontraram a formulação de onze dimensões (11D) das teorias das cordas heteróticas, mostrando que orbivariedades resolvem o problema da quiralidade. Witten observou que a descrição efetiva da física das branas D em baixas energias é feita por uma teoria de gauge supersimétrica, e encontrou interpretações geométricas de estruturas matemáticas na teoria de gauge que ele e Nathan Seiberg haviam descoberto anteriormente em termos da localização das branas.
Número de soluções
Para construir modelos de física de partículas baseados na teoria das cordas, os físicos normalmente começam especificando uma forma para as dimensões extras do espaço-tempo. Cada uma dessas diferentes formas corresponde a um universo possível diferente, ou "estado de vácuo", com uma coleção diferente de partículas e forças. A teoria das cordas, como é atualmente entendida, tem um número enorme de estados de vácuo, normalmente estimados em cerca de 10500, e estes podem ser suficientemente diversos para acomodar quase qualquer fenômeno que possa ser observado em baixas energias. Muitos críticos da teoria das cordas expressaram preocupações sobre o grande número de universos possíveis descritos pela teoria das cordas. Em seu livro Not Even Wrong, Peter Woit, um professor do departamento de matemática da Universidade de Columbia, argumentou que o grande número de cenários físicos diferentes torna a teoria das cordas vazia como uma estrutura para a construção de modelos de física de partículas. De acordo com Woit,
Compatibilidade com energia escura
Ainda não se sabe se a teoria das cordas é compatível com uma constante cosmológica positiva e metaestável. Alguns exemplos putativos de tais soluções existem, como o modelo descrito por Kachru et al. em 2003. Em 2018, um grupo de quatro físicos apresentou uma conjectura controversa que implicaria que tal universo não existe. Isso é contrário a alguns modelos populares de energia escura, como Λ-CDM (matéria escura fria Λ), que requer uma energia de vácuo positiva. No entanto, a teoria das cordas é provavelmente compatível com certos tipos de quintessência, onde a energia escura é causada por um novo campo com propriedades exóticas.
Independência do contexto
Uma das propriedades fundamentais da teoria geral da relatividade de Einstein é que ela é independente do contexto, o que significa que a formulação da teoria não privilegia de forma alguma uma geometria particular do espaço-tempo. Uma das principais críticas à teoria das cordas desde o início é que ela não é manifestamente independente do contexto. Na teoria das cordas, deve-se normalmente especificar uma geometria de referência fixa para o espaço-tempo, e todas as outras geometrias possíveis são descritas como perturbações desta geometria fixa. Em seu livro The Trouble With Physics, o físico Lee Smolin do Perimeter Institute for Theoretical Physics afirma que esta é a principal fraqueza da teoria das cordas como uma teoria da gravidade quântica, dizendo que a teoria das cordas falhou em incorporar esta importante percepção da relatividade geral.
Sociologia da ciência
Desde as revoluções das supercordas das décadas de 1980 e 1990, a teoria das cordas tem sido um dos paradigmas dominantes da física teórica de alta energia. Alguns teóricos das cordas expressaram a opinião de que não existe uma teoria alternativa igualmente bem-sucedida que aborde as questões profundas da física fundamental. Em uma entrevista de 1987, o ganhador do prêmio Nobel David Gross fez os seguintes comentários controversos sobre as razões da popularidade da teoria das cordas: O [motivo] mais importante é que não há outras boas ideias por aí. É isso que faz a maioria das pessoas se interessar por isso. Quando as pessoas começaram a se interessar pela teoria das cordas, elas não sabiam nada sobre ela. Na verdade, a primeira reação da maioria das pessoas é que a teoria é extremamente feia e desagradável, pelo menos esse era o caso alguns anos atrás, quando o entendimento da teoria das cordas era muito menos desenvolvido. Era difícil para as pessoas aprenderem sobre ela e se interessarem. Então, acho que o verdadeiro motivo pelo qual as pessoas se sentiram atraídas por ela é porque não há outro jogo na cidade. Todas as outras abordagens de construção de grandes teorias unificadas, que eram mais conservadoras para começar, e só gradualmente se tornaram mais e mais radicais, falharam, e este jogo ainda não falhou.
