¿Por que la teoría M es la candidata más importante a convertirse en la tan ansiada teoría del todo?
Una teoría del todo tiene el arduo trabajo de ajustar la gravedad a las leyes cuánticas de la naturaleza de tal manera que, en grandes escalas, la gravedad se vea como curvas en la estructura del espaciotiempo, como Albert Einstein describe en su teoría general de la relatividad. De alguna manera, la curvatura espaciotemporal emerge como el efecto colectivo de unidades cuantificadas de energía gravitacional, partículas conocidas como gravitones. Pero los intentos de calcular cómo interactúan los gravitones dan como resultado infinitos sin sentido, lo que indica la necesidad de una comprensión más profunda de la gravedad.
La teoría de cuerdas (o, más técnicamente, la teoría M) se describe a menudo como el principal candidato para la teoría del todo en nuestro universo. Pero no hay evidencia empírica de ello, ni de ideas alternativas sobre cómo la gravedad podría unificarse con el resto de las fuerzas fundamentales. ¿Por qué, entonces, la teoría de cuerdas / M tiene la ventaja sobre las otras?
La teoría sostiene que los gravitones, y todas las demás partículas, no son en realidad partículas puntuales, sino cuerdas de energía imperceptiblemente diminutas que vibran de diferentes maneras. El interés en la teoría de cuerdas se disparó a mediados de la década de 1980, cuando los físicos se dieron cuenta de que daba descripciones matemáticamente consistentes de la gravedad cuantificada.
Pero resulta que se encontraron 5 versiones de la teoría de cuerdas. Y todas ellos son “perturbativas”, lo que significa que se rompen en algunos regímenes. Pero en 1995, el físico Edward Witten descubrió a la madre de todas las teorías de cuerdas. Encontró varios indicios de que las teorías de cuerdas perturbativas encajaban en una teoría coherente no perturbativa, que denominó teoría-M. La teoría M se parece a cada una de las teorías de cuerdas en diferentes contextos físicos, pero no tiene límites en su régimen de validez, un requisito importante para la teoría de todo. O al menos eso sugieren los cálculos de Witten.
Otra explosión de investigación se produjo dos años después, cuando el físico Juan Maldacena descubrió la correspondencia AdS / CFT: una relación similar a un holograma que conecta la gravedad en una región del espaciotiempo llamada espacio anti de Sitter (AdS) con una descripción cuántica de partículas (llamada “teoría del campo conforme”), que se mueve alrededor de la frontera de esa región.
AdS / CFT proporciona una definición completa de la teoría M para el caso especial de las geometrías espaciotemporales de AdS, que están infundidas con energía negativa. Esta energía negativa que las hace curvarse de una manera diferente a como lo hace nuestro universo. Pero para tales mundos imaginarios, los físicos pueden describir procesos en todas las energías, incluyendo, en principio, la formación de agujeros negros y la evaporación. Los 16 mil documentos que han citado a Maldacena en los últimos 20 años apuntan principalmente a realizar estos cálculos para obtener una mejor comprensión de AdS / CFT y la gravedad cuántica.
Esta secuencia básica de eventos ha llevado a la mayoría de los expertos a considerar a la teoría M como el principal candidato a una teoría del todo, aun cuando su definición exacta en un universo como el nuestro sigue siendo desconocida. Si la teoría es correcta es una pregunta totalmente separada. Las cuerdas que postula, así como las dimensiones espaciales extra y enroscadas en las que supuestamente se mueven, son 10 billones de veces más pequeñas que los experimentos como el Gran Colisionador de Hadrones puede resolver. Y algunas firmas macroscópicas de la teoría que podrían haberse visto, como las cuerdas cósmicas y la supersimetría, no han aparecido.
Por eso, se siguen considerando otras ideas para teorías del todo. Aunque todas ellas tienen una variedad de problemas técnicos, y ninguna ha repetido las demostraciones de consistencia matemática de la teoría de cuerdas, como el cálculo de la dispersión graviton-graviton. De acuerdo con Simmons-Duffin, ninguno de los competidores ha logrado completar el primer paso, o la primera “corrección cuántica” de este cálculo.
Un filósofo incluso argumentó que el estado de la teoría de cuerdas como la única teoría consistente conocida cuenta como evidencia de que la teoría es correcta y que tal vez estemos en un momento donde debamos modificar el método científico y aceptar teorías aún cuando sus predicciones no puedan ser demostradas.
De más está decir buena parte de la comunidad científica no comulga con esta línea de pensamiento y argumentan que la teoría M se acerca peligrosamente a la metafísica, al no poder ser falseada experimentalmente como exige el método científico.
El debate está abierto pero al día de hoy, la teoría M sigue siendo el candidato más firme a teoría del todo.