Teoría M. ¿El sueño de Einstein?

Publicado: 27 junio, 2011 en Ciencia
Etiquetas:, ,

Lo que más quería en el mundo Einstein, además de a su segunda esposa que no le hacía preguntas sobre el trabajo, era conseguir una única teoría unificada para explicar todo el universo, desde lo macro más macro a lo micro más micro. Con su Relatividad General no lo consiguió, le faltó su poquito de cuántica y su poquito de incertidumbre.  Podríamos decir que la trimurti de la física actual la conforman Einstein, Planck y Heisenberg. También Euler tendría mucho que decir al respecto, ya que se le podría denominar el padre de la Teoría de Cuerdas, que a día de hoy es la respuesta al sueño de Einstein mas plausible. Si no ella, sus amigas más íntimas..las cinco Teoría de las Super Cuerdas o mejor aún, la Teoría M.

Como ya comenté en la entrada de Los ladrillos del universo, la Teoría de Cuerdas basa sus postulados en la existencia de unos hilos vibrantes de energía que compondrían todas las partículas de la materia. Cuando se empezó a trabajar con los hadrones allá por los 60, la teoría cuántica no podía con ellos. La interacción de partículas puntuales no correspondía a la interacción que manifestaban. Más bien se debería tratar de objetos extendidos en una dimensión, es decir, en vez de puntos, cuerdas.  Estas teorías entusiasmaron a los  físicos, sobre todo cuando se mostró que a bajas energías, donde las cuerdas se pueden considerar puntuales, la teoría reproducía la Relatividad General. Todo encajaba en un puzle sideral. Los modos de vibración que corresponderían a los gravitones, que son las partículas de la gravedad, a baja energía interactúan de acuerdo a las leyes de la Relatividad General. Y además no es posible que lo hagan de otro modo sin violar algún postulado básico de la teoría. De la misma manera en que la Relatividad General se reduce a la teoría de Newton para campos débiles, la teoría de cuerdas se reduce a la Relatividad General para bajas energías.

Hay numerosas teorías de partículas puntuales, pero sólo hay cinco tipos de teorías de cuerdas que pasan el test de consistencia matemática. Las cuerdas deben estar sujetas a las leyes de la relatividad y hay que desarrollar una mecánica cuántica de cuerdas. Sólo unos pocos modelos cumplen estos requisitos.

Pero al intentar aplicar a la teoría los postulados de la Mecánica Cuántica, se descubrió que el número de dimensiones del espacio tiempo debía ser 26, 25 dimensiones espaciales y el tiempo. Por primera vez una teoría predice el número de dimensiones del espacio-tiempo, pero bote pronto parece un poco absurda esta predicción. A esto habría que añadirle que entre todos los modos de vibración que aparecen hay uno que corresponde a una partícula cuya masa al cuadrado es negativa. Es decir, la masa no es un número real sino imaginario. Estas partículas se llaman taquiones y básicamente constituyen el eje del mal de las teorías cuánticas porque conducen a resultados ilógicos e inexplicables. Además, estas cuerdas que viven en 26 dimensiones sólo tienen grados de libertad bosónicos, no incluyen fermiones, y entonces no pueden explicar la materia que conocemos. Es decir, valía para poco.
Todos estos problemas se solucionaron agregando supersimetría a la teoría, es decir incorporando compañeros fermiónicos para cada bosón. Así se encontraron otras formulaciones que no contienen taquiones y no requieren tantas dimensiones para el espacio−tiempo. Estas son las cinco teorías de supercuerdas, que viven en 10 dimensiones espacio−temporales. Con todo esto, la teoría no podía responder una pregunta esencial. ¿Por qué nuestro universo es sólo una de las muchas soluciones de la teoría de cuerdas?

Partiendo de estas cinco Teorías de Cuerdas , Edward Witten llegó a una revolucionaria teoría de unificación llamada Teoría M. Definió elementos que no sólo podían ser cuerdas vibrantes (abiertas o cerradas) sino objetos de una dimensionalidad mayor a los que se les dió el nombre de membranas o p-branas. Al parecer nuestro universo podía ser una de esas membranas que flotan en un espacio de mayor dimensionalidad junto a otras membranas, que vendrían a representar a otros universos. Lo que distingue a las cuerdas de las p-branas es que la teoría cuántica de campos que describen objetos de una dimensión son renormalizables, mientras que para p>1, estas teorías son no renormalizables. La Teoría M añadió una dimensión más, quedando en 11 las dimensiones espcio temporales.

La teoría conceptualmente no es nueva. Salvando las distancias, esto ya lo decía Giordano Bruno hace la friolera de algo más de 400 años. Bruno hablaba de los multiversos y fué acusado por ello de hereje y quemado en la hoguera, curiosamente por la misma alma cándida que poco despues acusó a Galileo. ¡Angelico el Belarmino!

Cotilleos varios aparte, estas membranas podrían estar chocando indefinidamente entre sí, generando no sólo el Big-Bang que creó nuestro universo, sino muchos otros Big-Bangs con una frecuencia impredecible. Lo que viene siendo una orgía cósmica en todo su esplendor.

Una diferencia fundamental que distingue a la teoría M de cualquier teoría previa es que los principios no se ponen a dedo; son consecuencia matemática del modo particular de satisfacer las reglas de la mecánica cuántica. No hay ningún parámetro libre en la teoría M; no hay nada que se pueda ajustar. Todos los elementos de la teoría quedan determinados por la consistencia matemática. M predice que el espacio−tiempo tiene 11 dimensiones y es supersimétrico. Como el gravitón parece ser una característica inevitable de M, se puede decir que esta teoría explica por qué existe la gravedad.

Para ser verdaderamente exitosa la teoría debería tener una única solución a partir de la cual podamos saber qué tipos de partículas existen a bajas energías, sus masas, las intensidades de sus interacciones y probabilidades de todo tipo de procesos. Sólo realizando estos cálculos y comparándolos con el experimento podremos saber si M es correcta. Todavía no hay un test decisivo de la teoría, no  hay predicciones cuantitativas. Pero es la única candidata para ser la teoría madre. Se puede pensar en M como el embrión de la primera teoría matemáticamente satisfactoria de la gravedad cuántica unificada con las otras fuerzas fundamentales de la naturaleza.

La Teoría M es una muy buena candidata para cumplir el sueño del Einstein y convertirse en una Teoría del todo. Pero como no ha hecho ninguna predicción clara que pueda constrastarse empíricamente, el escepticismo que la rodea es espeso. Feynman llegó a decir que es un disparate. Pero ni Feynman es Belarmino, ni Witten  es Bruno, afortunadamente para los dos.

Anuncios
comentarios
  1. Teresa Sánchez A. dice:

    Gracias por esta y otras informaciones tan valiosas..:

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s