La Teora M es una teora fsica, propuesta como una "teora del
todo" que unifique las cuatro fuerzas fundamentales de la
naturaleza. La teora M fue esboza inicialmente por Edward Witten,
su propuesta combinaba las cinco teoras de supercuerdas y
supergravedad en once dimensiones. Tiene su origen en la teora de
las cuerdas, segn la cual todas las partculas son, en realidad,
diminutas cuerdas que vibran a cierta frecuencia. Segn esta
propuesta, las partculas son cuerdas vibrando a cierta frecuencia
en un espacio-tiempo que requiere al menos diez dimensiones.Esta
teora sigue siendo una propuesta de trabajo y si bien tiene amplio
apoyo, no es una teora con aceptacin universal, ya que no existen
pruebas empricas en su favor, siendo difcil de verificar dadas las
energas requeridas para verificar los detalles. Adems la teora
contiene algunos problemas matemticos no resueltos, y slo
conjeturados de manera aproximada.Hasta el siglo XIX, se pensaba
que el tomo era el bloque ms pequeo de materia. Durante mucho
tiempo fue considerado el elemento constituyente bsico e
indivisible de la materia. En los primeros aos del siglo XX se
comprob que inclua componentes ms pequeos llamados protones,
neutrones y electrones, que se conocen como partculas subatmicas. A
partir de la dcada de 1960, se descubrieron otras partculas
subatmicas. En la dcada de 1980, se descubri que los protones y los
neutrones (y otros hadrones) estn conformados por pequeas partculas
llamadas quarks. La Teora cuntica es el conjunto de reglas que
describen las interacciones de estas partculas.En la dcada de 1980,
se consolid un nuevo tipo de modelos matemticos llamados teora de
cuerdas. Este modelo sugera todas las partculas, y todas las formas
de energa en el universo, podran estar interpretarse en trminos de
unas hipotticas cuerdas u objetos unidimensionales, que slo tienen
una dimensin y su forma solo sera perceptible a escalas de longitud
comparables con la longitud de Planck.Adems, la teora de las
cuerdas conjetura que el universo se compone de mltiples
dimensiones espaciales, la mayor parte de las cuales estn
compactificadas y slo son perceptibles a muy pequea escala. Estamos
familiarizados con la altura, la anchura y la longitud: las tres
dimensiones del espacio, que con el tiempo dan un total de cuatro
dimensiones observables, sin embargo, la teora de cuerdas apoya la
posibilidad de once dimensiones, aunque las 7 restantes no las
podemos detectar directamente. Estas cuerdas vibran en mltiples
dimensiones, y en funcin de la forma en que vibran, podran ser
percibidas en el espacio de tres dimensiones como materia, luz, o
gravedad. Es la vibracin de la cuerda la que determina su
apariencia de materia o energa, y toda forma de materia o energa es
el resultado de la vibracin de las cuerdas.Para entender la teora M
es necesario entender algo de la teora de cuerdas. Durante cientos
de aos la fsica ha operado en el paradigma de que las partculas
fundamentales, como el familiar electrn, son como puntos, o de cero
dimensiones. Si se quisiera resumir la teora de cuerdas en una sola
idea, se resumira diciendo que esta suposicin es incorrecta. En vez
de esto, la teora de cuerdas propone que el universo est
fundamentalmente compuesto por objetos unidimensionales que son
similares a una cuerda. Estas cuerdas seran tan pequeas que incluso
en la diminuta escala de las partculas pareceran como puntos. En la
teora de cuerdas cada partcula es creada de alguna forma por
diferentes patrones de vibracin de las cuerdas. Uno podra
preguntarse por qu los fsicos se han limitado ellos mismos a puntos
de cero dimensiones durante todo este tiempo; la respuesta es que
es mucho ms difcil trabajar con objetos de una dimensin y que con
frecuencia causan problemas con la causalidad y violaciones de la
ley de la relatividad especial que dice que nada puede viajar ms
rpido que la velocidad de la luz.El desarrollo de la teora de
cuerdas ha venido principalmente por un problema extremadamente
importante que ha existido en la fsica durante casi 100 aos. El
problema es que la relatividad general, la teora desarrollada por
Albert Einstein que explica cosas en escalas muy grandes o
cosmolgicas, es irreconciliable con la mecnica cuntica y el modelo
estndar, que explica el universo a escala subatmica. Tambin existen
otros problemas con el modelo estndar: tiene unos 20 parmetros
libres que deben ser ajustados a mano, y tiene un gran nmero de
partculas que declara fundamentales (para cada partcula existen
tres copias organizadas en generaciones, que slo se diferencian
entre s en la masa). Adems, debido a que no puede ser reconciliada
con la relatividad general, carece de una descripcin de la
gravedad, la ms corriente de las cuatro fuerzas fundamentales.1) La
teora de cuerdas es una teora cuntica de la gravedad, luego incluso
si no es la teora correcta permite atacar problemas de dicha teora
al menos de forma cualitativa. Seguramente, la teora cuntica
correcta de la gravedad en cierto lmite ser una (o la) teora de
cuerdas.(2) La teora de cuerdas podra ser la teora correcta de la
gravedad cuntica, ya que tiene todos los ingredientes para serlo,
segn Tong, aunque por ahora no es capaz de realizar predicciones
nicas para la fsica a baja energa que se puedan contrastar
experimentalmente. Tong nos recuerda que usar la teora de cuerdas
para extraer predicciones sobre la fsica de partculas es similar a
utilizar la cromodinmica cuntica (QCD) para extraer predicciones
sobre la fsica de las cafeteras.Estas cuatro razones caracterizan
grosso modo la comunidad de los tericos de cuerdas: hay
relativistas, fenomenlogos, tericos de campos, y matemticos. Todos
trabajanforma multidisciplinar en diferentes reas, desde la
cosmologa a la materia condensada, pasando por la matemtica pura.
Tong opina que este es el mayor logro de la teora de cuerdas hasta
el momento.Mientras que el modelo estndar de la fsica considera el
electrn como una partcula, los tericos de las cuerdas loconciben
como una vibracin determinada de una cuerda infinitesimal, que de
oscilar de una manera diferente, podra dar lugar a otras partculas
fundamentales, como los quarks. No se entiende la materia por su
composicin, sino por cmo vibra. Las partculas son las notas de una
escala armnica que se toca con una nica cuerda (como en una
guitarra).Sin embargo, pese a ser una teora muy ambiciosa, carece
de pruebas empricas que la demuestren (salvo el entrelazamiento
cuntico) e incluso de consenso en sus fundamentos bsicos (como el
nmero de dimensiones existentes). La fsica ha llegado al estatus
que ostenta hoy por seguir el mtodo cientfico, demostrando la teora
a travs de la experimentacin, pero Cmo disear un experimento para
probar este modelo del universo? Hasta ahora, nadie ha visto jams
una cuerda fundamental y nadie tiene la certeza mas all de las
matemticas de que existan en realidad. Este hecho ha provocado que
concurran tantas teoras de cuerdas como cientficos que la
estudian.La teora de cuerdas tiene un gancho tremendo. Te
transporta a un mundo de 11 dimensiones, universos paralelos, y
partculas formadas por cuerdecitas casi invisibles vibrando a
diferentes frecuencias. Adems, te dice que no se trata de analogas
sino de la estructura ms profunda de la realidad, y que sta podra
ser la teoria final que unificara por fin a toda la fsica. Ciencia,
matemticas, filosofa, literatura? a mi me fascina. He ledo
artculos, visto documentales , charlado con expertos y siempre
termino placenteramente alienado, sumergido en un mundo abstracto
que nuestro cerebro no est diseado para asimilar. Mi ltimo cara a
cara con la teora de cuerdas fue en Nueva York hace unas semanas.
Gracias al blog conoc a Sergio Lukic, un matemtico que estudia la
geometra de las dimensiones generadas por la teora de cuerdas.
Impresionante. Me impact su sabidura, capacidad comunicativa, y la
cantidad de temas que Sergio era capaz de abordar. Durante dos
intensas horas l hablaba y yo le interrumpa con mis dudas. Result
tan gratificante, que le ped que escribiera un texto de 1500
palabras para el blog. Cuando lo recib, vi que Sergio haba cometido
un "error" bastante comn en algunos cientficos cuando divulgan: Si
les restringes el espacio, en lugar de eliminar conceptos los
condensan. En dos pginas de Word Sergio habla de supercuerdas,
teorema de Gdel, modelo estndar, branas, multiversos, LHC,
matemticas, elegancia, poltica cientfica, polmicas, filosofa de la
ciencia Aquellos que ya estis familiarizados con estos asuntos
disfrutaris. Otros quizs os perdis en algn momento ?. Esto sera un
pecado capital en un programa de TV o en un artculo convencional,
pero no en un blog donde podis hacer lo mismo yo en el Starbucks
que nos conocimos: interrumpirle y preguntar. ? Os dejo con el
texto de Sergio, y su ofrecimiento a responder todas vuestras
preguntas sobre teora de cuerdas, fsica fundamental, matemticas,
partculas, universos mltiples que el tema no os intimide; dejaos
llevar libremente por l.Los diferentes modos de vibracin de la
cuerda se corresponderan con los diferentes tipos de partculas
elementales. Cada cuerdecita sera de un tamao minsculo (10-35
metros = 0.00000000000000000000000000000000001 metros), tan pequeo
que si dilatramos una de esas cuerdas hasta llegar al tamao de un
tomo de hidrgeno, un ser humano sera tan grande como una galaxia
espiral del tamao de la Va Lctea. Uno de los problemas es que con
la tecnologa actual, no podemos saber si las partculas son
realmente cuerdas o no. En la regin del microcosmos a la que
tenemos acceso experimental, las partculas elementales siguen
pareciendo puntuales. Esto no significa que la teora de cuerdas sea
incorrecta, por ejemplo, el avance de la tecnologa ha demostrado
que en los aparentes "puntos luminosos" del cielo nocturno se
esconden objetos muy complejos (planetas, estrellas, galaxias . .
.). La nica forma de probar la teora es de forma indirecta, a travs
de sus consecuencias en la regin del microcosmos a la que s tenemos
acceso. Una de esas consecuencias, quiz la ms elegante, es que uno
de los modos de vibracin fundamentales de la cuerda es el de una
partcula que transmite la fuerza de la gravedad. En el lmite
macroscpico de la teora, las ecuaciones que gobiernan las
interacciones de estados colectivos de cuerdas en ese "modo de
vibracin", se corresponden con las ecuaciones de la relatividad
general de Einstein.
