La Teoría M es una teoría innovadora en física, candidata a convertirse en la Teoría que unifique las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. La teoría M es una solución propuesta por el Dr. Edward Witten, que combina las cinco teorías de supercuerdas y supergravedad en once dimensiones. Tiene su origen en la Teoría de cuerdas, según la cual todas las partículas
son, en realidad, diminutas cuerdas que vibran a cierta frecuencia.
Según esta teoría, se vive en un universo vibrando a cierta frecuencia, lo cual requiere al menos diez dimensiones.
Esta teoría todavía no ha sido ratificada por la comunidad
científica, ya que por el momento carece de pruebas empíricas. Si
alguna vez fuera verificada experimentalmente, la Teoría M y la Teoría
de las cuerdas supondría un significativo avance científico. Además
precisa de herramientas matemáticas que todavía tienen que ser
inventadas y son necesarias para un total entendimiento de la misma, ya
que es bastante compleja.
Para entender la Teoría M es necesario entender algo de la Teoría de
cuerdas:
Durante cientos de años la física ha operado en el paradigma de que las partículas fundamentales, como el familiar electrón,
son como puntos, o de cero dimensiones. Si se quisiera resumir la
teoría de cuerdas en una sola idea, se resumiría diciendo que esta
suposición es incorrecta. En vez de esto, la teoría de cuerdas propone
que el universo está fundamentalmente compuesto por objetos
unidimensionales que son similares a una cuerda. Estas cuerdas serían
tan pequeñas que incluso en la diminuta escala de las partículas
parecerían como puntos. En la teoría de cuerdas cada partícula es
creada de alguna forma por diferentes patrones de vibración
de las cuerdas. Uno podría preguntarse por qué los físicos se han
limitado ellos mismos a puntos de cero dimensiones durante todo este
tiempo; la respuesta es que es mucho más difícil trabajar con objetos
de una dimensión y que con frecuencia causan problemas con la causalidad y violaciones de la ley de la relatividad especial que dice que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz.
El desarrollo de la teoría de cuerdas ha venido principalmente por
un problema extremadamente importante que ha existido en la física
durante casi 100 años. El problema es que la relatividad general, la teoría desarrollada por Albert Einstein que explica cosas en escalas muy grandes o cosmológicas, es irreconciliable con la mecánica cuántica y el modelo estándar, que explica el universo a escala subatómica. También existen otros problemas con el modelo estándar: tiene unos 20 parámetros
libres que deben ser ajustados a mano, y tiene un gran número de
partículas que declara fundamentales (para cada partícula existen tres
copias organizadas en generaciones, que sólo se diferencian entre sí en la masa). Además, debido a que no puede ser reconciliada con la relatividad general, carece de una descripción de la gravedad, la más corriente de las cuatro fuerzas fundamentales.
Usar objetos 1-dimensionales en lugar de partículas puntuales
resuelve muchos de estos problemas. El número de parámetros libres de
la teoría cae de 20 a uno (un parámetro que corresponde al tamaño de
las cuerdas), y se espera que los detalles de la teoría expliquen por
qué existen las tres familias de partículas. Aún más importante, los
teóricos de las cuerdas encontraron que la teoría de cuerdas contiene gravitones de forma necesaria, es decir, la partícula que causa la gravedad. Edward Witten,
el fundador de la teoría-M, bromea que la teoría de cuerdas tiene la
notable evidencia experimental que la gravedad existe a nuestro
alrededor. Por tanto, la teoría de cuerdas une de forma satisfactoria
la Relatividad General con la Mecánica Cuántica.
Sin embargo, la teoría de cuerdas presenta algunos problemas. En
primer lugar, requiere 10 dimensiones para que las cuerdas puedan
vibrar, en contraposición a las 4 dimensiones (3 espaciales y 1
temporal) que podemos observar comúnmente. Esto puede parecer
incongruente; sin embargo, es posible que las 6 dimensiones extra sean
extremadamente pequeñas y curvadas. Por ejemplo, si se mira a un tubo
desde una gran distancia, parece ser una línea (1-dimensional). Una
inspección más cercana del tubo revela 2 dimensiones: una a lo largo
del tubo (la que vimos desde lejos) y una alrededor del tubo. Por
tanto, el tubo es realmente una superficie bidimensional a pesar del
hecho que parece ser una línea desde lejos.
Otro problema con la teoría de cuerdas es que presenta 5
formulaciones diferentes. Este hecho es clave para entender dónde
encaja la teoría-M. Las 5 teorías difieren en qué clase de cuerdas
permiten y en cómo implementan la supersimetría,
una parte técnica de la teoría de cuerdas que conduce al nombre
comúnmente usado de teoría de supercuerdas. Estas 5 teorías diferentes,
llamadas esotéricamente Tipo I, Tipo IIA, Tipo IIB, SO(32) y E8×E8
(leído E8 "por" E8, no como E8 "equis" E8), son en cierta forma un
exceso de riqueza para los teóricos de las cuerdas. Puesto que la
teoría de cuerdas proclama ser una teoría de todo,
debería haber una sola formulación consistente de la teoría, pero en su
lugar hay 5. Aquí es donde aparece al rescate la teoría-M.
