Hay rumores de que Albert Einstein pasó las últimas horas de su vida escribiendo ideas en un último intento de formular una teoría de todo. 60 años después, Stephen Hawking pudo haber pasado a mejor vida en un intento similar. Sabemos que Hawking pensó en algo que llamó la “Teoría M”, que buscaba entender el Universo a partir de su creación. He aquí lo que sabemos…
En 1915 Einstein formuló su teoría general de la relatividad y casi todos los físicos teóricos han soñado con reconciliar el minúsculo mundo de los átomos con el tamaño gigantesco del cosmos. Nuestro conocimiento actual es que la interacción entre objetos físicos se puede describir por dos fuerzas fundamentales. Dos de ellas, la gravedad y el electromagnetismo son relevantes en el nivel macroscópico, pues se observan en nuestro mundo cotidiano. Las otras dos fuerzas, bautizadas como fuerza nuclear fuerte y débil, actúan en pequeñas escalas y solamente parecen ser relevantes en procesos subatómicos.
El modelo de las interacciones fundamentales, llamado “modelo estándar”, da un marco unificado a tres de estas fuerzas, pero la gravedad parece no encajar en este modelo y eso es un problema. Curiosamente se puede analizar la gravedad en fenómenos a gran escala como la dinámica de las galaxias o cómo los planetas giran alrededor de una estrella, por ejemplo. De acuerdo al modelo estándar, todas las fuerzas tienen una partícula responsable de las mismas. Para la gravedad sería el gravitón, pero al calcular cómo estos gravitones interactuarían, aparecen infinitos sin sentido en las correspondientes matemáticas.
Así, una teoría consistente de la gravedad debería ser válida a cualquier escala y debería tomar en cuenta la naturaleza cuántica de las partículas elementales. Esto podría entonces hacer que la gravedad se acomodara dentro del modelo estándar, lo cual sería finalmente una teoría del todo. Desde la muerte de Einstein en 1955, se han hecho progresos y el mejor candidato a esta idea parece ser la llamada “teoría M”.
Para entender esto, en términos básicos, hay que remontarse a 1970 cuando los científicos se dieron cuenta que, en lugar de describir el universo usando puntos como partículas, se podrían definir como pequeñas cadenas oscilantes (tubos de energía). Esta nueva manera de pensar sobre los constituyentes de la Naturaleza de alguna manera resolvía algunos problemas teóricos. La idea en general es que el modo de oscilación podría representar la fuerza nuclear débil o fuerte, la fuerza electromagnética o incluso la gravedad. Esto sería un gran paso si pudiese demostrarse su viabilidad. Esto sería pues el marco teórico que resolvería todos los problemas.
Pero este tipo de teorías tiene su propio inconveniente. Por ejemplo, se encontró que en el tratamiento matemático había cuerdas que podrían ser partículas que viajaran a mayor velocidad que la luz, llamadas “taquiones”. Esta predicción está en contraste con todas las experiencias y observaciones y han hecho dudar a la teoría de cuerdas como la solución a los problemas.
No obstante esto, este problema se resolvió a principios de los años 80s con la introducción de la llamada “supersimetría” en la teoría de cuerdas. Esto predice que cada partícula tiene un súper-socio y que, por una extraordinaria coincidencia, la misma condición elimina al taquión. A este éxito se le llama como “la primera revolución de las cuerdas”.
Otra característica notable es que la cadena de cuerdas requiere de la existencia de diez dimensiones del espacio tiempo. Sólo conocemos cuatro, profundidad, largo, ancho y el tiempo. Y aunque esto podría pensarse como un problema severo, se han encontrado varias soluciones y hoy se piensa que esto es más una característica notable en lugar de una dificultad.
Por ejemplo, podemos pensar que hemos sido forzados a vivir en 4 dimensiones sin tener acceso a las dimensiones extras. Estas dimensiones estarían “compactadas” y serían tan pequeñas que no las notaríamos. Diferente compactación podrían llevar a diferentes valores de las constantes universales y por ende, a leyes alternativas de la física. Una posible solución es que nuestro universo es uno de muchos multiversos infinitos, que están gobernados por diferentes leyes de la física. Y aunque esto último suena muy extraño, los físicos creen en esta idea.
Pero todos estos esfuerzos teóricos han llevado a diferentes versiones de la teoría de cuerdas. Y no está claro por qué la Naturaleza elegiría una y no otra (de las cinco más populares). En 1995 surgió la segunda revolución de las cuerdas, que es cuando entró la teoría M. Esto significa que todas las teorías son en realidad diferentes caras de una sola teoría en donde hay 11 dimensiones. Y esto es lo que se denomina la teoría M. Y de hecho, hay razones para pensar que esta es la teoría más consistente de todas las candidatas.
Sin embargo, la teoría M no ha podido sustentar predicciones que se hubiesen probado en experimentos. La supersimetría se está probando en el Gran Colisionador de Hadrones. Si los científicos logran encontrar a los súper-socios, esto podría hacer más fuerte la teoría M. Pero es aún un reto de los físicos teóricos el poder producir predicciones comprobables y generar los experimentos para poder probar lo que la teoría dice.
Muchos físicos y cosmólogos piensan que la teoría correcta será simple y bella, la cual tendrá una descripción del mundo que podría explicarlo todo. Hawking puso sus esperanzas en la teoría M pero hasta ahora, no ha podido hallar resultados palpables. Habrá que esperar a nuevas valoraciones y más trabajo teórico en la física moderna.