Una teoría del todo permitiría explicar cómo funcionan e interactúan las fuerzas fundamentales de la física sin que existan incompatibilidades.
La teoría del todo es un desarrollo teórico que brindaría una explicación sobre las interacciones fundamentales de la física y las leyes que rigen el funcionamiento del universo. El concepto se usa con frecuencia en la mecánica cuántica y la física de partículas.
De acuerdo a los conocimientos que se disponen en la actualidad, no es posible unificar la relatividad general con los principios de la cuántica. Esto supone un problema ya que ambos postulados se entrelazan en la teoría del Big Bang y en lo que se sabe de los agujeros negros, por ejemplo. Por eso la física pretende llegar a una teoría del todo que concilie ambos esquemas.
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ResumenOrigen de la teoría del todo
El origen de la teoría del todo se remonta al siglo XVII, cuando Isaac Newton comenzó a analizar la gravedad. El científico británico consiguió describir los principales fenómenos físicos en lo que hoy se conoce como las leyes de Newton.
Aunque por entonces se consideró que dichas leyes explicaban la gravedad con precisión, con el tiempo se advirtió que el trabajo no era completo. Recién en 1915 se avanzó con pasos firmes al respecto gracias a Albert Einstein y su teoría de la relatividad general (que generalizó el principio de la relatividad y la teoría de la relatividad especial).
Einstein sostuvo la existencia del espacio-tiempo y aludió a su curvatura. Esa visión amplió la comprensión del universo, pero tampoco permitió concretar una teoría del todo. Mientras que las leyes de Newton no explican qué sucede con los objetos que se desplazan muy rápido o son muy masivos, la teoría de Einstein no expone con exactitud lo que ocurre en los niveles más diminutos: las partículas elementales como los protones, los neutrones, los electrones, los quarks, los neutrinos, los leptones, los bosones y los fermiones.
El problema es que las leyes que rigen a las partículas subatómicas son distintas a las que regulan los elementos más grandes del universo; además, dichas leyes no resultan predecibles. La mecánica o física cuántica es la rama de la física que se centra en dichas cuestiones.
Lo que se pretende con una teoría del todo, en definitiva, es unir y compatibilizar la teoría de la relatividad general con la mecánica cuántica. Si bien eso aún no se logró, se han desarrollado diversos intentos.
Albert Einstein fue uno de los científicos que buscó desarrollar una teoría del todo.
Las fuerzas fundamentales
La física considera que existen cuatro fuerzas fundamentales, que no pueden explicarse a partir de otras más simples o básicas: la interacción gravitatoria o gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil.
La interacción gravitatoria es la atracción que se registra entre los cuerpos. La fuerza electromagnética, en tanto, propicia las transformaciones químicas y físicas de los átomos y las moléculas y se sustenta en las cargas eléctricas.
La fuerza nuclear fuerte, por su lado, es aquella que conserva la unión de los componentes de los núcleos de los átomos, mientras que la fuerza nuclear débil provoca la desintegración beta de los neutrones.
Actualmente los científicos consideran que estas cuatro fuerzas fundamentales podrían ser, en realidad, distintas manifestaciones de un único modo de interacción. Las teorías que señalan que al menos dos de esas fuerzas son idénticas se engloban bajo la expresión de teoría del campo unificado.
Una teoría del todo, como ya indicamos, integraría las cuatro fuerzas fundamentales sin conflictos. Un avance en ese sentido fue la teoría de cuerdas, que afirma que las partículas subatómicas son estados vibracionales de un objeto denominado filamento o cuerda.
Esto supone que una cuerda, según cómo vibra, puede aparecer como un quark, un electrón u otra partícula ya reconocida en el modelo estándar de la física.
Se aspira a llegar a una teoría del todo que una la teoría de la relatividad general con la mecánica cuántica.
Una teoría de todo: la teoría M
La teoría M es una probable teoría del todo que propuso el estadounidense Edward Witten en la década de 1990. Para llegar a ella partió de la teoría de cuerdas y de sus sucesivas ampliaciones.
La teoría de cuerdas entiende que los objetos elementales no son partículas puntuales, sino elementos extendidos que pueden nombrarse cuerdas. Las cuerdas se mueven en un espacio-tiempo de, al menos, diez dimensiones.
La teoría de las supercuerdas, a su vez, permitió dar un paso más al incorporar los fermiones a partir de la combinación de cinco formulaciones distintas de la teoría de cuerdas y apelando a la supersimetría.
Lo que luego hizo Witten fue combinar distintas teorías de supercuerdas con la supergravedad en un espacio-tiempo de once dimensiones, dando lugar a la teoría M que se presenta como una teoría del todo. Un aporte de Witten fue incorporar objetos como los p-branas y los d-branas a las cuerdas.
El progreso científico
No se puede dejar de mencionar que, si bien todavía no existe una teoría del todo que haya podido ser demostrada, propuestas como la teoría M permiten acercarse a esa pretensión. Lo que debe considerarse es que el progreso científico es una construcción colectiva que se desarrolla a lo largo de la historia.
Tomemos el caso de los agujeros negros. Esta región espacial fue descrita en las ecuaciones de Einstein, que indican cómo la concentración de masa en su interior provoca un campo gravitatorio que atrapa a la radiación y las partículas. Más adelante, Stephen Hawking manifestó que los agujeros negros podía emitir una clase de radiación (bautizada como radiación de Hawking). Hawking, por lo tanto, expandió la teoría de Einstein.
En distintos años, físicos como Niels Bohr, Werner Heisenberg, Paul Dirac, John Wheeler, Richard Feynman, Murray Gell-Mann y Roger Penrose, entre muchos otros, contribuyeron con sus trabajos a que la teoría del todo esté más cerca de ser una realidad.
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