Teoría del todo - Theory of everything

Una teoría del todo ( TOE o ToE ), teoría final , última teoría , teoría del mundo o de la teoría principal es una hipotéticos, que lo abarca todo, coherente singulares, marco teórico de la física que explica plenamente y enlaces a todos los aspectos físicos del universo . Encontrar un TOE es uno de los principales problemas no resueltos de la física . La teoría de cuerdas y la teoría M se han propuesto como teorías de todo. Durante los últimos siglos, se han desarrollado dos marcos teóricos que, juntos, se asemejan más a un TOE. Estas dos teorías sobre las que se basa toda la física moderna son la relatividad general y la mecánica cuántica . La relatividad general es un marco teórico que solo se enfoca en la gravedad para comprender el universo en regiones tanto de gran escala como de gran masa: estrellas , galaxias , cúmulos de galaxias, etc. Por otro lado, la mecánica cuántica es un marco teórico que solo se enfoca en tres Fuerzas no gravitacionales para comprender el universo en regiones tanto de pequeña escala como de baja masa: partículas subatómicas , átomos , moléculas , etc. La mecánica cuántica implementó con éxito el Modelo Estándar que describe las tres fuerzas no gravitacionales: nuclear fuerte , nuclear débil. y fuerza electromagnética , así como todas las partículas elementales observadas.

La relatividad general y la mecánica cuántica se han probado a fondo en sus campos de relevancia separados. Dado que los dominios habituales de aplicabilidad de la relatividad general y la mecánica cuántica son tan diferentes, la mayoría de las situaciones requieren que solo se utilice una de las dos teorías. Las dos teorías se consideran incompatibles en regiones de escala extremadamente pequeña, la escala de Planck , como las que existen dentro de un agujero negro o durante las etapas iniciales del universo (es decir, el momento inmediatamente posterior al Big Bang ). Para resolver la incompatibilidad, se debe descubrir un marco teórico que revele una realidad subyacente más profunda, unificando la gravedad con las otras tres interacciones, para integrar armoniosamente los reinos de la relatividad general y la mecánica cuántica en un todo sin fisuras: el TOE es una teoría única que, en principio, es capaz de describir todos los fenómenos del universo.

En la búsqueda de este objetivo, la gravedad cuántica se ha convertido en un área de investigación activa. Un ejemplo es la teoría de cuerdas, que evolucionó hasta convertirse en candidata para el TOE, pero no sin inconvenientes (más notablemente, su falta de predicciones comprobables actualmente ) y controversia. La teoría de cuerdas postula que al comienzo del universo (hasta 10-43 segundos después del Big Bang), las cuatro fuerzas fundamentales fueron una vez una sola fuerza fundamental. Según la teoría de cuerdas, cada partícula del universo, en su nivel más microscópico ( longitud de Planck ), consta de diversas combinaciones de cuerdas vibrantes (o hebras) con patrones de vibración preferidos. La teoría de cuerdas afirma además que es a través de estos patrones oscilatorios específicos de cuerdas que se crea una partícula de masa y carga de fuerza únicas (es decir, el electrón es un tipo de cuerda que vibra en una dirección, mientras que el quark up es un tipo de cuerda vibrando de otra manera, y así sucesivamente).

Nombre

Inicialmente, el término teoría del todo se usó con una referencia irónica a varias teorías sobregeneralizadas. Por ejemplo, un abuelo de Ijón Tichy - un personaje de un ciclo de Stanislaw Lem 's ciencia ficción historias de la década de 1960 - Se sabe que el trabajo en la ' Teoría General del Todo '. El físico Harald Fritzsch utilizó el término en sus conferencias de 1977 en Varenna. El físico John Ellis afirma haber introducido el acrónimo "TOE" en la literatura técnica en un artículo de Nature en 1986. Con el tiempo, el término se atascó en las popularizaciones de la investigación física teórica .

Antecedentes historicos

Antigüedad al siglo XIX

Muchas culturas antiguas, como los astrónomos babilónicos , la astronomía india estudiaron el patrón de los Siete Planetas Clásicos en el contexto de las estrellas , con su interés en relacionar el movimiento celeste con los eventos humanos ( astrología ), y el objetivo es predecir eventos registrando eventos contra una medida de tiempo y luego busque patrones recurrentes. El debate entre el universo que tiene un comienzo o ciclos eternos se remonta a la antigua Babilonia . La cosmología hindú postula que el tiempo es infinito con un universo cíclico, donde el universo actual fue precedido y será seguido por un número infinito de universos. Las escalas de tiempo mencionadas en la cosmología hindú corresponden a las de la cosmología científica moderna. Sus ciclos van desde nuestro día y noche ordinarios hasta el día y la noche de Brahma, con una duración de 8.640 millones de años.

La filosofía natural del atomismo apareció en varias tradiciones antiguas. En la filosofía griega antigua , los filósofos presocráticos especulaban que la aparente diversidad de los fenómenos observados se debía a un solo tipo de interacción, a saber, los movimientos y colisiones de los átomos. El concepto de "átomo" propuesto por Demócrito fue un intento filosófico temprano de unificar los fenómenos observados en la naturaleza. El concepto de "átomo" también apareció en la escuela Nyaya - Vaisheshika de la antigua filosofía india .

Arquímedes fue posiblemente el primer filósofo que describió la naturaleza con axiomas (o principios) y luego dedujo nuevos resultados de ellos. De manera similar, se espera que cualquier "teoría del todo" se base en axiomas y deduzca todos los fenómenos observables de ellos.

Siguiendo el pensamiento atomista anterior, la filosofía mecánica del siglo XVII postulaba que todas las fuerzas podrían reducirse en última instancia a fuerzas de contacto entre los átomos, y luego imaginarse como pequeñas partículas sólidas.

A finales del siglo XVII, la descripción de Isaac Newton de la fuerza de gravedad a larga distancia implicaba que no todas las fuerzas de la naturaleza son el resultado de cosas que entran en contacto. El trabajo de Newton en sus Principios matemáticos de la filosofía natural se ocupó de esto en un ejemplo más de unificación, en este caso unificando el trabajo de Galileo sobre la gravedad terrestre, las leyes de Kepler del movimiento planetario y el fenómeno de las mareas al explicar estas acciones aparentes en un distancia bajo una sola ley: la ley de la gravitación universal .

En 1814, basándose en estos resultados, Laplace sugirió que un intelecto suficientemente poderoso podría, si conociera la posición y la velocidad de cada partícula en un momento dado, junto con las leyes de la naturaleza, calcular la posición de cualquier partícula en cualquier otro momento. :

Un intelecto que en un momento determinado conocería todas las fuerzas que ponen en movimiento la naturaleza, y todas las posiciones de todos los elementos que la componen, si este intelecto fuera también lo suficientemente vasto como para someter estos datos al análisis, abarcaría en una sola fórmula los movimientos de los cuerpos más grandes del universo y los del átomo más diminuto; para tal intelecto nada sería incierto y el futuro al igual que el pasado estaría presente ante sus ojos.

-  Essai philosophique sur les probabilités , Introducción. 1814

Por tanto, Laplace concibió una combinación de gravitación y mecánica como una teoría del todo. La mecánica cuántica moderna implica que la incertidumbre es ineludible y, por lo tanto, la visión de Laplace debe modificarse: una teoría del todo debe incluir la gravitación y la mecánica cuántica. Incluso ignorando la mecánica cuántica, la teoría del caos es suficiente para garantizar que el futuro de cualquier sistema mecánico o astronómico suficientemente complejo sea impredecible.

En 1820, Hans Christian Ørsted descubrió una conexión entre la electricidad y el magnetismo, provocando décadas de trabajo que culminaron en 1865, en la teoría del electromagnetismo de James Clerk Maxwell . Durante el siglo XIX y principios del XX, gradualmente se hizo evidente que muchos ejemplos comunes de fuerzas (fuerzas de contacto, elasticidad , viscosidad , fricción y presión ) resultan de interacciones eléctricas entre las partículas más pequeñas de materia.

En sus experimentos de 1849-1850, Michael Faraday fue el primero en buscar una unificación de la gravedad con la electricidad y el magnetismo. Sin embargo, no encontró ninguna conexión.

En 1900, David Hilbert publicó una famosa lista de problemas matemáticos. En el sexto problema de Hilbert , desafió a los investigadores a encontrar una base axiomática para toda la física. En este problema, preguntó por lo que hoy se llamaría una teoría del todo.

Principios del siglo 20

A finales de la década de 1920, la nueva mecánica cuántica mostró que los enlaces químicos entre átomos eran ejemplos de fuerzas eléctricas (cuánticas), lo que justifica el alarde de Dirac de que "las leyes físicas subyacentes necesarias para la teoría matemática de una gran parte de la física y el conjunto de la química son, por tanto, completamente conocidos ".

Después de 1915, cuando Albert Einstein publicó la teoría de la gravedad ( relatividad general ), la búsqueda de una teoría de campo unificado que combinara la gravedad con el electromagnetismo comenzó con un renovado interés. En la época de Einstein, las fuerzas fuertes y débiles aún no se habían descubierto, sin embargo, encontró la existencia potencial de otras dos fuerzas distintas, la gravedad y el electromagnetismo, mucho más atractivas. Esto lanzó su viaje de treinta años en busca de la llamada "teoría del campo unificado" que esperaba mostraría que estas dos fuerzas son realmente manifestaciones de un gran principio subyacente. Durante las últimas décadas de su vida, esta ambición alejó a Einstein del resto de la corriente principal de la física, ya que la corriente principal estaba, en cambio, mucho más entusiasmada con el marco emergente de la mecánica cuántica. Einstein le escribió a un amigo a principios de la década de 1940: "Me he convertido en un viejo solitario que es conocido principalmente porque no usa calcetines y que se exhibe como una curiosidad en ocasiones especiales". Colaboradores destacados fueron Gunnar Nordström , Hermann Weyl , Arthur Eddington , David Hilbert , Theodor Kaluza , Oskar Klein (véase la teoría de Kaluza-Klein ) y, sobre todo, Albert Einstein y sus colaboradores. Einstein buscó seriamente, pero finalmente no pudo encontrar, una teoría unificadora (ver las ecuaciones de Einstein-Maxwell-Dirac).

Finales del siglo XX y las interacciones nucleares

En el siglo XX, la búsqueda de una teoría unificadora se vio interrumpida por el descubrimiento de las fuerzas nucleares fuertes y débiles , que difieren tanto de la gravedad como del electromagnetismo. Otro obstáculo fue la aceptación de que en un TOE, la mecánica cuántica tenía que incorporarse desde el principio, en lugar de surgir como consecuencia de una teoría unificada determinista, como esperaba Einstein.

La gravedad y el electromagnetismo pueden coexistir como entradas en una lista de fuerzas clásicas, pero durante muchos años pareció que la gravedad no podía incorporarse al marco cuántico, y mucho menos unificarse con las otras fuerzas fundamentales. Por esta razón, el trabajo de unificación, durante gran parte del siglo XX, se centró en comprender las tres fuerzas descritas por la mecánica cuántica: el electromagnetismo y las fuerzas débil y fuerte. Los dos primeros fueron combinados en 1967-68 por Sheldon Glashow , Steven Weinberg y Abdus Salam en la fuerza electrodébil. La unificación electrodébil es una simetría rota : las fuerzas electromagnética y débil aparecen distintas a bajas energías porque las partículas que llevan la fuerza débil, los bosones W y Z , tienen masas distintas de cero (80,4 GeV / c 2 y91,2 GeV / c 2 , respectivamente), mientras que el fotón , que transporta la fuerza electromagnética, no tiene masa. A energías más altas, los bosones W y los bosones Z se pueden crear fácilmente y la naturaleza unificada de la fuerza se hace evidente.

Si bien las fuerzas fuertes y electrodébiles coexisten bajo el Modelo Estándar de física de partículas, siguen siendo distintas. Por lo tanto, la búsqueda de una teoría del todo sigue sin éxito: no se ha logrado una unificación de las fuerzas fuertes y electrodébiles, que Laplace habría llamado "fuerzas de contacto", ni una unificación de estas fuerzas con la gravitación.

Física moderna

Secuencia convencional de teorías

Una Teoría del Todo unificaría todas las interacciones fundamentales de la naturaleza: la gravitación , la interacción fuerte , la interacción débil y el electromagnetismo . Debido a que la interacción débil puede transformar partículas elementales de un tipo en otro, el TOE también debería predecir todos los diferentes tipos de partículas posibles. El camino asumido habitual de las teorías se da en el siguiente gráfico, donde cada paso de unificación lleva un nivel hacia arriba en el gráfico.

Teoria de todo
Gravedad cuántica
Curvatura espacial Fuerza electronuclear ( GUT )
Modelo estándar de cosmología Modelo estándar de física de partículas
Fuerte interacción
SU (3)
Interacción electrodébil
SU (2) x U (1) Y
Interacción débil
SU (2)
Electromagnetismo
U (1) EM
Electricidad Magnetismo

En este gráfico, la unificación electrodébil ocurre alrededor de 100 GeV, se predice que la gran unificación ocurrirá a 10 16 GeV, y se espera la unificación de la fuerza GUT con la gravedad a la energía de Planck , aproximadamente 10 19 GeV.

Se han propuesto varias Grandes Teorías Unificadas (GUT) para unificar el electromagnetismo y las fuerzas débiles y fuertes. La gran unificación implicaría la existencia de una fuerza electronuclear; se espera que se establezca a energías del orden de 10 16 GeV, mucho mayores que las que podría alcanzar cualquier acelerador de partículas actualmente factible . Aunque las GUT más simples se han descartado experimentalmente, la idea de una gran teoría unificada, especialmente cuando se vincula con la supersimetría , sigue siendo un candidato favorito en la comunidad de la física teórica. Las GUT supersimétricas parecen plausibles no solo por su "belleza" teórica, sino porque producen de forma natural grandes cantidades de materia oscura y porque la fuerza inflacionaria puede estar relacionada con la física de las GUT (aunque no parece formar una parte inevitable de la teoría) . Sin embargo, las GUT claramente no son la respuesta final; Tanto el modelo estándar actual como todas las GUT propuestas son teorías de campo cuántico que requieren la técnica problemática de la renormalización para producir respuestas sensatas. Esto generalmente se considera una señal de que estas son solo teorías de campo efectivas , omitiendo fenómenos cruciales relevantes solo a energías muy altas.

El paso final del gráfico requiere resolver la separación entre la mecánica cuántica y la gravitación, a menudo equiparada con la relatividad general . Numerosos investigadores concentran sus esfuerzos en este paso específico; sin embargo, no ha surgido ninguna teoría aceptada de la gravedad cuántica y, por tanto, ninguna teoría aceptada del todo. Por lo general, se asume que el TOE también resolverá los problemas restantes de las GUT.

Además de explicar las fuerzas enumeradas en el gráfico, un TOE también puede explicar el estado de al menos dos fuerzas candidatas sugeridas por la cosmología moderna : una fuerza inflacionaria y una energía oscura . Además, los experimentos cosmológicos también sugieren la existencia de materia oscura , supuestamente compuesta de partículas fundamentales fuera del esquema del modelo estándar. Sin embargo, no se ha probado la existencia de estas fuerzas y partículas.

Teoría de cuerdas y teoría M

Problema sin resolver en física :

¿Es la teoría de cuerdas , la teoría de supercuerdas o la teoría M , o alguna otra variante de este tema, un paso en el camino hacia una "teoría del todo", o simplemente un callejón sin salida?

Desde la década de 1990, algunos físicos como Edward Witten creen que la teoría M de 11 dimensiones , que se describe en algunos límites por una de las cinco teorías de supercuerdas perturbativas , y en otra por la supergravedad de 11 dimensiones supersimétrica máxima , es la teoría de todo. No existe un consenso generalizado sobre este tema.

Una propiedad notable de la teoría de cuerdas / M es que se requieren dimensiones adicionales para la consistencia de la teoría. En este sentido, se puede considerar que la teoría de cuerdas se basa en las ideas de la teoría de Kaluza-Klein , en la que se descubrió que aplicar la relatividad general a un universo de cinco dimensiones (con uno de ellos pequeño y acurrucado) se ve desde los cuatro -Perspectiva dimensional como la relatividad general habitual junto con la electrodinámica de Maxwell . Esto dio crédito a la idea de unificar las interacciones de calibre y gravedad , y a dimensiones adicionales, pero no abordó los requisitos experimentales detallados. Otra propiedad importante de la teoría de cuerdas es su supersimetría , que junto con las dimensiones extra son las dos propuestas principales para resolver el problema de jerarquía del modelo estándar , que es (aproximadamente) la cuestión de por qué la gravedad es mucho más débil que cualquier otra fuerza. La solución extradimensional implica permitir que la gravedad se propague a las otras dimensiones mientras se mantienen otras fuerzas confinadas a un espacio-tiempo de cuatro dimensiones, una idea que se ha realizado con mecanismos explícitos y fibrosos.

La investigación de la teoría de cuerdas se ha visto impulsada por una variedad de factores teóricos y experimentales. En el lado experimental, el contenido de partículas del modelo estándar complementado con masas de neutrinos encaja en una representación de espinor de SO (10) , un subgrupo de E8 que emerge rutinariamente en la teoría de cuerdas, como en la teoría de cuerdas heterótica o (a veces de manera equivalente) en F-teoría . La teoría de cuerdas tiene mecanismos que pueden explicar por qué los fermiones vienen en tres generaciones jerárquicas y explicar las tasas de mezcla entre las generaciones de quarks. En el aspecto teórico, ha comenzado a abordar algunas de las cuestiones clave de la gravedad cuántica , como resolver la paradoja de la información de los agujeros negros , contar la entropía correcta de los agujeros negros y permitir los procesos de cambio de topología . También ha llevado a muchos conocimientos en matemáticas puras y en la teoría de gauge común y fuertemente acoplada debido a la dualidad Gauge / String .

A fines de la década de 1990, se observó que un obstáculo importante en este esfuerzo es que el número de posibles universos de cuatro dimensiones es increíblemente grande. Las pequeñas dimensiones adicionales "enrolladas" se pueden compactar de una enorme cantidad de formas diferentes (una estimación es 10 500  ), cada una de las cuales conduce a propiedades diferentes para las partículas y fuerzas de baja energía. Esta serie de modelos se conoce como el panorama de la teoría de cuerdas .

Una solución propuesta es que muchas o todas estas posibilidades se realizan en uno u otro de una gran cantidad de universos, pero que solo una pequeña cantidad de ellos son habitables. Por tanto, lo que normalmente concebimos como las constantes fundamentales del universo son, en última instancia, el resultado del principio antrópico más que dictado por la teoría. Esto ha llevado a la crítica de la teoría de cuerdas, argumentando que no puede hacer predicciones útiles (es decir, originales, falsables y verificables) y considerándola como una pseudociencia . Otros no están de acuerdo y la teoría de cuerdas sigue siendo un tema activo de investigación en la física teórica .

Bucle de gravedad cuántica

La investigación actual sobre la gravedad cuántica de bucles puede eventualmente jugar un papel fundamental en un TOE, pero ese no es su objetivo principal. También la gravedad cuántica de bucle introduce un límite inferior en las posibles escalas de longitud.

Ha habido afirmaciones recientes de que la gravedad cuántica de bucles puede reproducir características similares al modelo estándar . Hasta ahora, Sundance Bilson-Thompson ha modelado solo la primera generación de fermiones ( leptones y quarks ) con propiedades de paridad correctas utilizando preones constituidos por trenzas del espacio-tiempo como bloques de construcción. Sin embargo, no existe una derivación del Lagrangiano que describa las interacciones de tales partículas, ni es posible demostrar que tales partículas sean fermiones, ni que se realicen los grupos de calibre o las interacciones del Modelo Estándar. La utilización de conceptos de computación cuántica hizo posible demostrar que las partículas pueden sobrevivir a las fluctuaciones cuánticas .

Este modelo conduce a una interpretación de la carga eléctrica y de color como cantidades topológicas (eléctrica como número y quiralidad de torsiones llevadas a cabo en las cintas individuales y color como variantes de tal torsión para carga eléctrica fija).

El artículo original de Bilson-Thompson sugirió que los fermiones de generación superior podrían estar representados por trenzados más complicados, aunque no se dieron construcciones explícitas de estas estructuras. Las propiedades de carga eléctrica, color y paridad de tales fermiones surgirían de la misma manera que para la primera generación. El modelo se generalizó expresamente para un número infinito de generaciones y para los bosones de fuerza débil (pero no para los fotones o gluones) en un artículo de 2008 de Bilson-Thompson, Hackett, Kauffman y Smolin.

Otros intentos

Entre otros intentos de desarrollar una teoría del todo está la teoría de los sistemas de fermiones causales , dando las dos teorías físicas actuales ( relatividad general y teoría cuántica de campos ) como casos limitantes.

Otra teoría se llama Conjuntos causales . Como algunos de los enfoques mencionados anteriormente, su objetivo directo no es necesariamente lograr un TOE, sino principalmente una teoría funcional de la gravedad cuántica, que eventualmente podría incluir el modelo estándar y convertirse en candidato para un TOE. Su principio fundamental es que el espacio-tiempo es fundamentalmente discreto y que los eventos del espacio-tiempo están relacionados por un orden parcial . Este orden parcial tiene el significado físico de las relaciones de causalidad entre el pasado relativo y el futuro que distingue los eventos espaciotemporales.

La triangulación dinámica causal no asume ninguna arena preexistente (espacio dimensional), sino que intenta mostrar cómo evoluciona la estructura del espacio-tiempo.

Otro intento puede estar relacionado con ER = EPR , una conjetura en física que establece que las partículas entrelazadas están conectadas por un agujero de gusano (o puente Einstein-Rosen).

Estado actual

En la actualidad, no existe una teoría candidata de todo lo que incluya el modelo estándar de física de partículas y relatividad general y que, al mismo tiempo, sea capaz de calcular la constante de estructura fina o la masa del electrón . La mayoría de los físicos de partículas esperan que el resultado de los experimentos en curso, la búsqueda de nuevas partículas en los aceleradores de partículas grandes y de materia oscura , sea necesario para proporcionar más información para un TOE.

Argumentos en contra

Paralelamente a la intensa búsqueda de un TOE, varios estudiosos han debatido seriamente la posibilidad de su descubrimiento.

Teorema de incompletitud de Gödel

Varios estudiosos afirman que el teorema de incompletitud de Gödel sugiere que cualquier intento de construir un TOE está destinado al fracaso. El teorema de Gödel, enunciado informalmente, afirma que cualquier teoría formal suficiente para expresar hechos aritméticos elementales y lo suficientemente fuerte como para probarlos es inconsistente (tanto un enunciado como su negación pueden derivarse de sus axiomas) o incompleta, en el sentido de que existe es una afirmación verdadera que no se puede derivar de la teoría formal.

Stanley Jaki , en su libro de 1966 La relevancia de la física , señaló que, debido a que cualquier "teoría del todo" será sin duda una teoría matemática consistente no trivial, debe ser incompleta. Afirma que esto condena las búsquedas de una teoría determinista del todo.

Freeman Dyson ha afirmado que "el teorema de Gödel implica que las matemáticas puras son inagotables. No importa cuántos problemas resolvamos, siempre habrá otros problemas que no se pueden resolver dentro de las reglas existentes. […] Debido al teorema de Gödel, la física también es inagotable. . Las leyes de la física son un conjunto finito de reglas, e incluyen las reglas para hacer matemáticas, de modo que el teorema de Gödel se aplica a ellas ".

Stephen Hawking era originalmente un creyente en la Teoría del Todo, pero después de considerar el Teorema de Gödel, concluyó que no se podía obtener uno. "Algunas personas se sentirán muy decepcionadas si no existe una teoría fundamental que pueda formularse como un número finito de principios. Yo solía pertenecer a ese campo, pero he cambiado de opinión".

Jürgen Schmidhuber (1997) ha argumentado en contra de este punto de vista; afirma que los teoremas de Gödel son irrelevantes para la física computable . En 2000, Schmidhuber construyó explícitamente universos deterministas con límites computables cuya pseudoaleatoriedad basada en problemas de detención indecidibles , similares a los de Gödel, es extremadamente difícil de detectar, pero no evita en absoluto los TOE formales describibles por muy pocos bits de información.

Solomon Feferman y otros ofrecieron una crítica relacionada . Douglas S. Robertson ofrece el juego de la vida de Conway como ejemplo: las reglas subyacentes son simples y completas, pero hay preguntas formalmente indecidibles sobre los comportamientos del juego. De manera análoga, puede (o no) ser posible enunciar completamente las reglas subyacentes de la física con un número finito de leyes bien definidas, pero hay pocas dudas de que existen preguntas sobre el comportamiento de los sistemas físicos que son formalmente indecidibles en el plano general. base de esas leyes subyacentes.

Dado que la mayoría de los físicos considerarían que la declaración de las reglas subyacentes es suficiente como la definición de una "teoría del todo", la mayoría de los físicos argumentan que el teorema de Gödel no significa que un TOE no pueda existir. Por otro lado, los académicos que invocan el teorema de Gödel parecen, al menos en algunos casos, estar refiriéndose no a las reglas subyacentes, sino a la comprensibilidad del comportamiento de todos los sistemas físicos, como cuando Hawking menciona ordenar bloques en rectángulos, convirtiendo la cálculo de números primos en una cuestión física. Esta discrepancia en las definiciones puede explicar parte del desacuerdo entre los investigadores.

Límites fundamentales de precisión

Hasta la fecha, no se cree que ninguna teoría física sea exacta. En cambio, la física ha procedido mediante una serie de "aproximaciones sucesivas" que permiten predicciones cada vez más precisas sobre una gama cada vez más amplia de fenómenos. Algunos físicos creen que, por lo tanto, es un error confundir los modelos teóricos con la verdadera naturaleza de la realidad y sostienen que la serie de aproximaciones nunca terminará en la "verdad". El propio Einstein expresó esta opinión en ocasiones. Siguiendo este punto de vista, podemos esperar razonablemente una teoría de todo que incorpore de manera autoconsistente todas las fuerzas conocidas actualmente, pero no debemos esperar que sea la respuesta final.

Por otro lado, a menudo se afirma que, a pesar de la complejidad aparentemente cada vez mayor de las matemáticas de cada nueva teoría, en un sentido profundo asociado con su simetría de gauge subyacente y el número de constantes físicas adimensionales , las teorías se están volviendo más simples. Si este es el caso, el proceso de simplificación no puede continuar indefinidamente.

Falta de leyes fundamentales

Existe un debate filosófico dentro de la comunidad de la física sobre si una teoría del todo merece ser llamada la ley fundamental del universo. Un punto de vista es la posición dura reduccionista de que el TOE es la ley fundamental y que todas las demás teorías que se aplican dentro del universo son una consecuencia del TOE. Otro punto de vista es que las leyes emergentes , que gobiernan el comportamiento de sistemas complejos , deben considerarse igualmente fundamentales. Ejemplos de leyes emergentes son la segunda ley de la termodinámica y la teoría de la selección natural . Los defensores de la emergencia argumentan que las leyes emergentes, especialmente las que describen sistemas vivos o complejos, son independientes de las leyes microscópicas de bajo nivel. Desde este punto de vista, las leyes emergentes son tan fundamentales como un TOE.

Los debates no aclaran el punto en cuestión. Posiblemente, el único tema en juego es el derecho a aplicar el término de alto estatus "fundamental" a los respectivos sujetos de investigación. Un conocido debate sobre esto tuvo lugar entre Steven Weinberg y Philip Anderson .

Imposibilidad de ser "de todo"

Aunque el nombre "teoría del todo" sugiere el determinismo de la cita de Laplace, esto da una impresión muy engañosa. El determinismo se ve frustrado por la naturaleza probabilística de las predicciones de la mecánica cuántica, por la extrema sensibilidad a las condiciones iniciales que conducen al caos matemático , por las limitaciones debidas a los horizontes de eventos y por la extrema dificultad matemática de aplicar la teoría. Por lo tanto, aunque el modelo estándar actual de física de partículas predice "en principio" casi todos los fenómenos no gravitacionales conocidos, en la práctica solo se han derivado unos pocos resultados cuantitativos de la teoría completa (por ejemplo, las masas de algunos de los hadrones más simples ), y estos resultados (especialmente las masas de partículas que son más relevantes para la física de baja energía) son menos precisos que las mediciones experimentales existentes. Incluso en la mecánica clásica todavía hay problemas sin resolver, como la turbulencia , aunque las ecuaciones se conocen desde hace siglos. Es casi seguro que el TOE sería aún más difícil de aplicar para la predicción de resultados experimentales y, por lo tanto, podría tener un uso limitado.

Un motivo para buscar un TOE, además de la pura satisfacción intelectual de completar una búsqueda de siglos, es que los ejemplos anteriores de unificación han predicho nuevos fenómenos, algunos de los cuales (por ejemplo, los generadores eléctricos ) han demostrado ser de gran importancia práctica. Y al igual que en estos ejemplos anteriores de unificación, el TOE probablemente nos permitiría definir con confianza el dominio de validez y el error residual de las aproximaciones de baja energía a la teoría completa.

Las teorías generalmente no dan cuenta de los fenómenos aparentes de la conciencia o el libre albedrío , que en cambio son a menudo tema de la filosofía y la religión .

Número infinito de capas de cebolla

Frank Close sostiene regularmente que las capas de la naturaleza pueden ser como las capas de una cebolla y que el número de capas puede ser infinito. Esto implicaría una secuencia infinita de teorías físicas.

Imposibilidad de cálculo

Weinberg señala que calcular el movimiento preciso de un proyectil real en la atmósfera de la Tierra es imposible. Entonces, ¿cómo podemos saber que tenemos una teoría adecuada para describir el movimiento de los proyectiles? Weinberg sugiere que conocemos principios (las leyes del movimiento y la gravitación de Newton) que funcionan "lo suficientemente bien" para ejemplos simples, como el movimiento de los planetas en el espacio vacío. Estos principios han funcionado tan bien en ejemplos simples que podemos estar razonablemente seguros de que funcionarán para ejemplos más complejos. Por ejemplo, aunque la relatividad general incluye ecuaciones que no tienen soluciones exactas, es ampliamente aceptada como una teoría válida porque todas sus ecuaciones con soluciones exactas han sido verificadas experimentalmente. Del mismo modo, un TOE debe funcionar para una amplia gama de ejemplos simples de tal manera que podamos estar razonablemente seguros de que funcionará para todas las situaciones de la física.

Ver también

Referencias

Bibliografía

enlaces externos