Teoría M

Teoría de las cuerdas

Para entender la teoría M hay que conocer primero la teoría de cuerdas. Durante cientos de años, los científicos han pensado que los objetos más simples del universo son puntos, como los puntos. La teoría de cuerdas dice que esto es erróneo y que los objetos más simples del universo tienen forma de trozos de cuerda. Estas cuerdas son tan pequeñas que incluso cuando se miran de cerca parecen puntos. Cada partícula básica es creada por las cuerdas que vibran en diferentes patrones. La razón por la que los científicos no habían pensado en esta idea durante tanto tiempo es que las cuerdas son mucho más difíciles de trabajar que los puntos. Parecen romper reglas como la causalidad y la relatividad especial, que dice que la información no puede viajar más rápido que la velocidad de la luz.

La teoría de cuerdas se ha desarrollado debido a un problema muy importante que existe desde hace casi 100 años. La teoría de Albert Einstein que describe el universo a escalas muy grandes (se llama relatividad general), está en desacuerdo con dos teorías que describen las cosas a escalas muy pequeñas (se llaman mecánica cuántica y modelo estándar). También hay problemas con el modelo estándar: incluye unos 20 números que parecen no tener explicación; tiene demasiadas partículas básicas - algunos científicos piensan que necesita tener menos; y no incluye la gravedad, que es necesaria para explicar el peso.

Muchos de estos problemas pueden resolverse pensando en las partículas básicas como cuerdas. Ahora sólo hay un número sin explicación, que da el tamaño de las cuerdas. La teoría de cuerdas incluye partículas que causan la gravedad, llamadas gravitones; descubrir esto deleitó a los científicos que trabajan en la teoría de cuerdas. Así pues, la teoría de cuerdas une con éxito la Relatividad General y la Mecánica Cuántica.

Pero hay algunos problemas con la teoría de cuerdas. Normalmente, pensamos que el universo tiene 4 dimensiones, o direcciones básicas. Tres de estas direcciones básicas pueden considerarse "arriba/abajo", "adelante/atrás" e "izquierda/derecha". La otra dirección es el tiempo. La teoría de cuerdas necesita 10 direcciones básicas.

Estas otras seis direcciones pueden explicarse si están "enroscadas", por lo que son demasiado pequeñas para verlas. Por ejemplo, siguiendo la trayectoria de una espiral, es posible recorrer una gran distancia a lo largo de ella sin moverse mucho. Las otras 6 direcciones se pueden considerar como pequeñas espirales: los hilos pueden recorrer una gran distancia a lo largo de ellas, pero no parece que se muevan. Esto puede considerarse un truco matemático, que tiene poco que ver con el mundo real que se puede ver y tocar. Estos trucos están permitidos si proporcionan una teoría que nos diga mejor cómo funcionan las cosas.

Otro problema con la teoría de cuerdas es que hay 5 versiones diferentes de la misma. Cada versión permite diferentes tipos de cuerdas y dice que funcionan de diferentes maneras. Se supone que la teoría de cuerdas es una teoría del todo, por lo que sólo debería haber una versión, no 5. La teoría M resuelve este problema.

Teoría M

En 1995, Edward Witten inició lo que se ha denominado la segunda revolución de las supercuerdas al presentar al mundo la teoría M. Esta teoría combina las 5 teorías de cuerdas diferentes (junto con un intento previamente abandonado de unificar la Relatividad General y la Mecánica Cuántica llamado 11D-Supergravedad) en una sola teoría. Lo que Witten hizo en realidad fue predecir que el hecho de que todas estas teorías diferentes estuvieran conectadas era el resultado de que había alguna teoría subyacente de la que todas eran aproximaciones. Esta teoría es de naturaleza un tanto vaga y aún no ha sido precisada.

Además, se descubrió que las ecuaciones que requerían que la teoría de cuerdas existiera en 10 dimensiones también eran en realidad aproximaciones. La teoría M propuesta necesitaría una dimensión extra y en su lugar sería una teoría que se desarrolla en 11 dimensiones. El propio Witten ha comparado esta idea en términos sencillos con un general que toma una posición en la cima de una colina, la coordenada espacial extra, para tener una mejor visión de las otras dos dimensiones del campo de batalla.

La combinación se consigue tejiendo una red de relaciones entre cada una de las teorías de cuerdas llamadas dualidades (concretamente, dualidad S, dualidad T y dualidad U). Cada una de estas dualidades proporciona una forma de convertir una de las teorías de cuerdas en otra. La dualidad T es probablemente la más fácil de explicar de las dualidades. Tiene que ver con el tamaño, escrito como R, de las dimensiones rizadas de las teorías de cuerdas. Se descubrió que si se toma una teoría de cuerdas de tipo IIA que tiene un tamaño R y se cambia el radio a 1/R el resultado acabará siendo lo que equivale a una teoría de tipo IIB de tamaño R. Esta dualidad, junto con las demás, crea conexiones entre las 5 (o 6, si se cuenta la supergravedad) teorías. El hecho de que estas dualidades existieran ya se conocía antes de que Witten propusiera la idea de la teoría M.

Muchos se divierten además adivinando qué puede significar la M (las posibilidades incluyen Matrix, Magia, Muffin, Misterio, Madre y Membrana). Independientemente de lo que pueda significar la M, la teoría M se ha convertido en una de las áreas de investigación más interesantes y activas de la física teórica actual.

Para una explicación más técnica, véase w:Teoría M (explicación simplificada).

Libros y enlaces

• Brian Greene ha escrito un libro que explica la teoría de cuerdas y la teoría M para los profanos, titulado El universo elegante
• El sitio web oficial de la teoría de cuerdas tiene excelentes referencias sobre la teoría de cuerdas para los profanos y los expertos