Introducción a la Teoría M

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Representación de la variedad de Calabi-Yau uno de los candidatos para representar las dimensiones compactificadas asociadas a la teoría M, diferente de las cuatro dimensiones observables (no-compactificadas) del espacio-tiempo.

La Teoría M es una teoría física, propuesta como una " teoría del todo" que unifique las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. La teoría M fue esbozada inicialmente por Edward Witten, su propuesta combinaba 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 propuesta, las partículas son cuerdas vibrando a cierta frecuencia en un espacio-tiempo que requiere al menos diez dimensiones.

Esta teoría sigue siendo una propuesta de trabajo y si bien tiene amplio apoyo, no es una teoría con aceptación universal, ya que no existen pruebas empíricas en su favor, siendo difícil de verificar dadas las energías requeridas para verificar los detalles. Además la teoría contiene algunos problemas matemáticos no resueltos, y sólo conjeturados de manera aproximada.

Antecedentes

Hasta el siglo XIX, se pensaba que el átomo era el bloque más pequeño de materia. Durante mucho tiempo fue considerado el elemento constituyente básico e indivisible de la materia. En los primeros años del siglo XX se comprobó que incluía componentes más pequeños llamados protones, neutrones y electrones, que se conocen como partículas subatómicas. A partir de la década de 1960, se descubrieron otras partículas subatómicas. En la década de 1980, se descubrió que los protones y los neutrones (y otros hadrones) están conformados por pequeñas partículas llamadas quarks. La Teoría cuántica es el conjunto de reglas que describen las interacciones de estas partículas.

En la década de 1980, se consolidó un nuevo tipo de modelos matemáticos llamados teoría de cuerdas. Este modelo sugería que todas las partículas, y todas las formas de energía en el universo, podrían interpretarse en términos de unas hipotéticas «cuerdas» u objetos unidimensionales, cuya forma solo sería perceptible a escalas de longitud comparables con la longitud de Planck.

Además, la teoría de cuerdas conjetura que el universo se compone de múltiples dimensiones espaciales, la mayor parte de las cuales están compactadas y sólo son perceptibles a muy pequeña 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 teoría de cuerdas apoya la posibilidad de once dimensiones, aunque las 7 restantes no las podemos detectar directamente. Estas «cuerdas» vibran en múltiples dimensiones, y en función de la forma en que vibran, podrían ser percibidas en el espacio de tres dimensiones como materia, luz, o gravedad. Es la vibración de la «cuerda» la que determina su apariencia de materia o energía, y toda forma de materia o energía es el resultado de la vibración de las cuerdas.

Pero la teoría de cuerdas se encontró con un problema: tras una versión inicial de ecuaciones que la sustentaba, fueron descubiertas otras ecuaciones, igualmente coherentes. Hay cinco grandes teorías de cuerdas, todas basadas en un universo de 11 dimensiones, y todas parecen ser correctas, pero los científicos no estaban conformes con la aparente contradicción de cinco conjuntos de ecuaciones para describir el mismo fenómeno.

A mediados de los años 90, Edward Witten, un teórico de cuerdas del Instituto de Estudios Avanzados y otros importantes investigadores consideran que las cinco diferentes versiones de la teoría de las cuerdas podría describir lo mismo visto desde diferentes perspectivas. Se propuso la unificación en una teoría llamada « Teoría M», en que la «M» no está específicamente definido, pero se entiende como «membranas». La Teoría M agrupó todas las teorías de cuerdas, al afirmar que las cuerdas son realmente «anillos» unidimensionales de una «membrana» bidimensional que vibra en el espacio undecidimensional.

Cuando aumenta en la Teoría IIA, la cuerda fundamental adquiere una estructura más compleja que deviene en una «membrana» donde el volumen del universo es tridimensional.
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