Una teoría del todo ( TOE ), teoría final , teoría última , teoría del campo unificado o teoría maestra es un marco teórico hipotético, singular, integral y coherente de la física que explica y vincula completamente todos los aspectos del universo . [1] : 6 Encontrar una teoría del todo es uno de los principales problemas sin resolver en física . [2] [3]
En los últimos siglos se han desarrollado dos marcos teóricos que, en conjunto, se asemejan más a una teoría del todo. Estas dos teorías sobre las que se apoya toda la física moderna son la relatividad general y la mecánica cuántica . La relatividad general es un marco teórico que solo se centra en la gravedad para comprender el universo en regiones tanto de gran escala como de alta masa: planetas , estrellas , galaxias , cúmulos de galaxias , etc. Por otro lado, la mecánica cuántica es un marco teórico que se centra principalmente en tres fuerzas no gravitacionales para comprender el universo en regiones tanto de escala muy pequeña como de baja masa: partículas subatómicas , átomos y moléculas . 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. [4] : 122
La relatividad general y la mecánica cuántica han sido validadas repetidamente en sus respectivos campos de relevancia. 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 use una de las dos teorías. [5] [6] [7] : 842–844 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, que unifique 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: una teoría del todo puede definirse como una teoría integral que, en principio, sería capaz de describir todos los fenómenos físicos del universo.
En pos de este objetivo, la gravedad cuántica se ha convertido en un área de investigación activa. [8] [9] Un ejemplo es la teoría de cuerdas , que evolucionó hasta convertirse en candidata a la teoría del todo, pero no sin inconvenientes (en particular, su aparente falta de predicciones comprobables en la actualidad ) y controversia. La teoría de cuerdas postula que al comienzo del universo (hasta 10 −43 segundos después del Big Bang), las cuatro fuerzas fundamentales alguna vez fueron una sola fuerza fundamental. Según la teoría de cuerdas, cada partícula del universo, en su nivel más ultramicroscópico ( longitud de Planck ), consiste en combinaciones variables de cuerdas vibrantes (o hebras) con patrones preferidos de vibración. 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 de una manera, mientras que el quark up es un tipo de cuerda que vibra de otra manera, y así sucesivamente). La teoría de cuerdas/ teoría M propone seis o siete dimensiones del espacio-tiempo, además de las cuatro dimensiones comunes para un espacio-tiempo de diez u once dimensiones.
Inicialmente, el término teoría del todo se utilizó con una referencia irónica a varias teorías sobregeneralizadas. Por ejemplo, se sabe que un abuelo de Ijon Tichy , un personaje de un ciclo de historias de ciencia ficción de Stanisław Lem de la década de 1960, trabajó en la " Teoría general del todo ". El físico Harald Fritzsch utilizó el término en sus conferencias de 1977 en Varenna . [10] El físico John Ellis afirma [11] haber introducido el acrónimo "TOE" en la literatura técnica en un artículo en Nature en 1986. [12] Con el tiempo, el término se mantuvo en las popularizaciones de la investigación de la física teórica .
Muchas culturas antiguas, como los astrónomos babilónicos y la astronomía india, estudiaron el patrón de las Siete Luminarias Sagradas / Planetas Clásicos contra el fondo de las estrellas , con su interés en relacionar el movimiento celestial con los eventos humanos ( astrología ), y el objetivo es predecir eventos registrándolos contra una medida de tiempo y luego buscar patrones recurrentes. El debate sobre si el universo tiene un comienzo o ciclos eternos se remonta a la antigua Babilonia . [13] 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. [14] [15] 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 un día y noche de Brahma, de 8.64 mil millones de años de duración. [16]
La filosofía natural del atomismo apareció en varias tradiciones antiguas. En la filosofía griega antigua , los filósofos presocráticos especularon que la aparente diversidad de los fenómenos observados se debía a un único tipo de interacción, a saber, los movimientos y las 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 a partir de ellos. De manera similar, se espera que cualquier "teoría del todo" se base en axiomas y deduzca todos los fenómenos observables a partir de ellos. [17] : 340
Siguiendo el pensamiento atomista anterior, la filosofía mecánica del siglo XVII postuló que todas las fuerzas podían reducirse en última instancia a fuerzas de contacto entre los átomos, entonces imaginados como pequeñas partículas sólidas. [18] : 184 [19]
A finales del siglo XVII, la descripción que hizo Isaac Newton de la fuerza de gravedad a larga distancia implicaba que no todas las fuerzas de la naturaleza resultan del contacto entre objetos. El trabajo de Newton en sus Principios matemáticos de la filosofía natural abordó este tema en otro ejemplo de unificación , en este caso unificando el trabajo de Galileo sobre la gravedad terrestre, las leyes de Kepler sobre el movimiento planetario y el fenómeno de las mareas al explicar estas acciones aparentes a distancia bajo una única ley: la ley de la gravitación universal . [20]
En 1814, basándose en estos resultados, Laplace sugirió célebremente 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: [21] : cap 7
Un intelecto que en un momento determinado conociera todas las fuerzas que ponen en movimiento a la naturaleza y todas las posiciones de todos los objetos que la componen, si este intelecto fuera también lo bastante vasto para someter estos datos al análisis, abarcaría en una sola fórmula los movimientos de los mayores cuerpos del universo y los del más pequeño átomo; para un intelecto así nada sería incierto y el futuro, lo mismo que el pasado, estaría presente ante sus ojos.
— Essai philosophique sur les probabilités , Introducción. 1814
Laplace concibió así una combinación de gravitación y mecánica como teoría del todo. La mecánica cuántica moderna implica que la incertidumbre es ineludible y, por lo tanto, que la visión de Laplace debe ser modificada: 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, lo que desencadenó décadas de trabajo que culminaron en 1865 con la teoría del electromagnetismo de James Clerk Maxwell . Durante el siglo XIX y principios del XX, se hizo evidente que muchos ejemplos comunes de fuerzas (fuerzas de contacto, elasticidad , viscosidad , fricción y presión ) son resultado 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. [22] 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, por tanto, pidió lo que hoy se llamaría una teoría del todo. [23]
A finales de la década de 1920, la entonces nueva mecánica cuántica demostró que los enlaces químicos entre átomos eran ejemplos de fuerzas eléctricas (cuánticas), lo que justificaba la jactancia de Dirac de que "las leyes físicas subyacentes necesarias para la teoría matemática de una gran parte de la física y de toda la química son, por tanto, completamente conocidas". [24]
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 fuerte y débil aún no se habían descubierto, pero le pareció mucho más atractiva la posible existencia de otras dos fuerzas distintas, la gravedad y el electromagnetismo. Esto inició su viaje de 40 años en busca de la llamada "teoría de campo unificado" que esperaba que demostrara 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 escribió a un amigo a principios de la década de 1940: "Me he convertido en un viejo solitario al que se conoce principalmente porque no usa calcetines y que se exhibe como una curiosidad en ocasiones especiales". Entre los principales contribuidores se encuentran Gunnar Nordström , Hermann Weyl , Arthur Eddington , David Hilbert , [25] Theodor Kaluza , Oskar Klein (véase la teoría de Kaluza-Klein ) y, sobre todo, Albert Einstein y sus colaboradores. Einstein buscó con ahínco una teoría unificadora, pero no la encontró en absoluto [26] : cap. 17 (véase las ecuaciones de Einstein-Maxwell-Dirac).
En el siglo XX, la búsqueda de una teoría unificadora se vio interrumpida por el descubrimiento de las fuerzas nucleares fuerte y débil , que difieren tanto de la gravedad como del electromagnetismo. Otro obstáculo fue la aceptación de que en una teoría del todo, la mecánica cuántica debía incorporarse desde el principio, en lugar de surgir como consecuencia de una teoría unificada determinista, como había esperado 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 sobre la 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. Las dos primeras fueron combinadas en 1967-1968 por Sheldon Glashow , Steven Weinberg y Abdus Salam en la fuerza electrodébil. [27] La unificación electrodébil es una simetría rota : las fuerzas electromagnética y débil parecen 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, se pueden crear fácilmente bosones W y bosones Z y se hace evidente la naturaleza unificada de la fuerza.
Aunque las fuerzas fuerte y electrodébil coexisten en el Modelo Estándar de la física de partículas, siguen siendo distintas. Por lo tanto, la búsqueda de una teoría del todo resultó infructuosa: no se había logrado ni una unificación de las fuerzas fuerte y electrodébil –que Laplace habría llamado «fuerzas de contacto»– ni una unificación de estas fuerzas con la gravitación.
Una teoría del todo unificaría todas las interacciones fundamentales de la naturaleza: la gravitación , la interacción fuerte , la interacción débil y el electromagnetismo . Como la interacción débil puede transformar partículas elementales de un tipo en otro, la teoría del todo también debería predecir todos los diferentes tipos de partículas posibles. La trayectoria habitual asumida de las teorías se da en el siguiente gráfico, donde cada paso de unificación conduce a un nivel superior en el gráfico.
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 que la unificación de la fuerza GUT con la gravedad ocurra a la energía de Planck , aproximadamente 10 19 GeV.
Se han propuesto varias teorías de gran unificación (GUT) para unificar el electromagnetismo y las fuerzas débil y fuerte. 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 teorías de gran unificación más simples han sido descartadas experimentalmente, la idea de una teoría de gran unificación, especialmente cuando se vincula con la supersimetría , sigue siendo una candidata favorita en la comunidad de la física teórica. Las teorías de gran unificación supersimétricas parecen plausibles no solo por su "belleza" teórica, sino porque producen naturalmente grandes cantidades de materia oscura y porque la fuerza inflacionaria puede estar relacionada con la física de la teoría de gran unificación (aunque no parece formar una parte inevitable de la teoría). Sin embargo, las teorías de gran unificación claramente no son la respuesta final; tanto el modelo estándar actual como todas las GUT propuestas son teorías cuánticas de campos que requieren la técnica problemática de la renormalización para producir respuestas sensatas. Esto suele considerarse como una señal de que sólo son teorías de campo efectivas , omitiendo fenómenos cruciales relevantes sólo a energías muy altas. [6]
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 lo tanto, ninguna teoría aceptada del todo, con evidencia observacional. Generalmente se supone que la teoría del todo también resolverá los problemas restantes de las grandes teorías unificadas.
Además de explicar las fuerzas que aparecen en el gráfico, una teoría del todo también podría explicar el estado de al menos dos fuerzas candidatas sugeridas por la cosmología moderna : una fuerza inflacionaria y la energía oscura . Además, los experimentos cosmológicos también sugieren la existencia de materia oscura , supuestamente compuesta por partículas fundamentales fuera del esquema del modelo estándar. Sin embargo, la existencia de estas fuerzas y partículas no ha sido probada.
Desde los años 1990, algunos físicos como Edward Witten creen que la teoría M de 11 dimensiones , que se describe en algunos límites mediante una de las cinco teorías de supercuerdas perturbativas y en otro mediante la supergravedad de once dimensiones con máxima supersimetría , es la teoría del todo. No hay un consenso generalizado sobre esta cuestión.
Una propiedad notable de la teoría de cuerdas / M es que se requieren siete dimensiones adicionales para la consistencia de la teoría, además de las cuatro dimensiones de nuestro universo. En este sentido, la teoría de cuerdas puede verse como la construcción de 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 una dimensión espacial pequeña y enrollada, se ve desde la perspectiva de cuatro dimensiones 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 las 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 adicionales son las dos propuestas principales para resolver el problema de la jerarquía del modelo estándar , que es (aproximadamente) la pregunta 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 hecho realidad con mecanismos de cuerdas explícitos. [28]
La investigación en teoría de cuerdas ha sido alentada 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 teoría de cuerdas, como en teoría de cuerdas heterótica [29] o (a veces equivalentemente) en teoría F. [30] [31] 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 generaciones de quarks. [32] En el lado teórico, ha comenzado a abordar algunas de las preguntas clave en gravedad cuántica , como resolver la paradoja de información de agujero negro , contar la entropía correcta de agujeros negros [33] [34] y permitir procesos de cambio de topología . [35] [36] [37] También ha llevado a muchas ideas en matemáticas puras y en teoría de calibre ordinaria, fuertemente acoplada debido a la dualidad calibre/cuerda .
A finales de los años 1990, se observó que un obstáculo importante en este esfuerzo es que la cantidad de universos de cuatro dimensiones posibles 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 diferentes propiedades para las partículas y fuerzas de baja energía. Este conjunto de modelos se conoce como el paisaje de la teoría de cuerdas . [17] : 347
Una solución propuesta es que muchas o todas estas posibilidades se realizan en uno u otro de un gran número de universos, pero que solo un pequeño número de ellos son habitables. Por lo tanto, lo que normalmente concebimos como las constantes fundamentales del universo son en última instancia el resultado del principio antrópico en lugar de estar dictadas por la teoría. Esto ha llevado a la crítica de la teoría de cuerdas, [38] argumentando que no puede hacer predicciones útiles (es decir, originales, falsables y verificables) y considerándola como una pseudociencia / filosofía . Otros no están de acuerdo, [39] y la teoría de cuerdas sigue siendo un tema activo de investigación en la física teórica . [40]
Las investigaciones actuales sobre la gravedad cuántica de bucles pueden llegar a desempeñar un papel fundamental en una teoría del todo, pero ese no es su objetivo principal. [41] La gravedad cuántica de bucles también introduce un límite inferior en las posibles escalas de longitud.
Recientemente se ha afirmado que la gravedad cuántica de bucles puede reproducir características similares al Modelo Estándar . Hasta ahora, Sundance Bilson-Thompson solo ha modelado la primera generación de fermiones ( leptones y quarks ) con propiedades de paridad correctas, utilizando preones constituidos por trenzas de espacio-tiempo como bloques de construcción. [42] 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 calibración o las interacciones del Modelo Estándar. El uso de conceptos de computación cuántica hizo posible demostrar que las partículas pueden sobrevivir a las fluctuaciones cuánticas . [43]
Este modelo conduce a una interpretación de la carga eléctrica y del color como cantidades topológicas (la eléctrica como número y quiralidad de las torsiones realizadas en las cintas individuales y el color como variantes de dicha torsión para una carga eléctrica fija).
El artículo original de Bilson-Thompson sugería que los fermiones de generaciones superiores podían representarse mediante trenzados más complicados, aunque no se proporcionaban construcciones explícitas de estas estructuras. Las propiedades de carga eléctrica, color y paridad de dichos 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 los gluones) en un artículo de 2008 de Bilson-Thompson, Hackett, Kauffman y Smolin. [44]
Entre otros intentos de desarrollar una teoría del todo está la teoría de los sistemas fermiónicos causales , [45] dando como casos límites las dos teorías físicas actuales ( relatividad general y teoría cuántica de campos ).
Otra teoría se denomina Conjuntos causales . Como algunos de los enfoques mencionados anteriormente, su objetivo directo no es necesariamente lograr una teoría del todo, sino principalmente una teoría funcional de la gravedad cuántica, que podría eventualmente incluir el modelo estándar y convertirse en una candidata para una teoría del todo. Su principio fundador 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 distinguen los eventos del espacio-tiempo.
La triangulación dinámica causal no presupone ningún ámbito preexistente (espacio dimensional), sino que intenta mostrar cómo evoluciona el propio tejido del espacio-tiempo.
Otro intento puede estar relacionado con ER=EPR , una conjetura en física que afirma que las partículas entrelazadas están conectadas por un agujero de gusano (o puente de Einstein-Rosen). [46]
En la actualidad, no existe ninguna teoría candidata del todo que incluya el modelo estándar de la física de partículas y la relatividad general y que, al mismo tiempo, sea capaz de calcular la constante de estructura fina o la masa del electrón . [2] La mayoría de los físicos de partículas esperan que los resultados de los experimentos en curso (la búsqueda de nuevas partículas en los grandes aceleradores de partículas y de materia oscura ) sean necesarios para proporcionar más información para una teoría del todo.
Paralelamente a la intensa búsqueda de una teoría del todo, diversos estudiosos han debatido la posibilidad de su descubrimiento.
Algunos estudiosos sostienen que el teorema de incompletitud de Gödel sugiere que los intentos de construir una teoría del todo están condenados al fracaso. El teorema de Gödel, enunciado de manera informal, afirma que cualquier teoría formal que sea suficiente para expresar hechos aritméticos elementales y lo suficientemente sólida como para que puedan ser probados es inconsistente (tanto un enunciado como su negación pueden derivarse de sus axiomas) o incompleta, en el sentido de que existe un enunciado verdadero que no puede derivarse de la teoría formal.
Stanley Jaki , en su libro de 1966 The Relevance of Physics , señaló que, dado que una "teoría del todo" será sin duda una teoría matemática coherente y no trivial, debe ser incompleta. Afirma que esto condena al fracaso la búsqueda de una teoría determinista del todo. [47]
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 puedan resolver con 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". [48]
Stephen Hawking creía originalmente en la teoría del todo, pero después de considerar el teorema de Gödel, concluyó que no era posible alcanzarla. “Algunas personas se sentirán muy decepcionadas si no existe una teoría definitiva que pueda formularse como un número finito de principios. Yo solía pertenecer a ese grupo, pero he cambiado de opinión”. [49]
Jürgen Schmidhuber (1997) ha argumentado en contra de esta visión; afirma que los teoremas de Gödel son irrelevantes para la física computable . [50] En 2000, Schmidhuber construyó explícitamente universos deterministas y computables al límite cuya pseudoaleatoriedad basada en problemas de detención indecidibles , similares a los de Gödel, es extremadamente difícil de detectar, pero no impide las teorías formales de todo lo que se puede describir con muy pocos bits de información. [51]
Solomon Feferman [52] y otros ofrecieron críticas similares . Douglas S. Robertson ofrece el juego de la vida de Conway como ejemplo: [53] Las reglas subyacentes son simples y completas, pero hay preguntas formalmente indecidibles sobre los comportamientos del juego. Análogamente, puede ser posible (o no) enunciar completamente las reglas subyacentes de la física con un número finito de leyes bien definidas, pero hay pocas dudas de que hay preguntas sobre el comportamiento de los sistemas físicos que son formalmente indecidibles sobre la base de esas leyes subyacentes.
Dado que la mayoría de los físicos considerarían que la declaración de las reglas subyacentes es suficiente como definición de una "teoría del todo", la mayoría de los físicos argumentan que el Teorema de Gödel no significa que una teoría del todo no pueda existir. [ cita requerida ] Por otro lado, los académicos que invocan el Teorema de Gödel parecen, al menos en algunos casos, referirse no a las reglas subyacentes, sino a la comprensibilidad del comportamiento de todos los sistemas físicos, como cuando Hawking menciona organizar bloques en rectángulos, convirtiendo el cálculo de números primos en una cuestión física. [54] Esta discrepancia definicional puede explicar algunos de los desacuerdos entre los investigadores.
Hasta la fecha, no se considera que ninguna teoría física sea totalmente exacta. En cambio, la física ha avanzado mediante una serie de "aproximaciones sucesivas" que permiten realizar predicciones cada vez más precisas sobre una gama cada vez más amplia de fenómenos. Algunos físicos creen, por tanto, que es un error confundir los modelos teóricos con la verdadera naturaleza de la realidad y sostienen que la serie de aproximaciones nunca culminará en la "verdad". [55] El propio Einstein expresó esta opinión en varias ocasiones. [56]
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. [57] Una visión es la posición reduccionista dura de que la teoría del todo es la ley fundamental y que todas las demás teorías que se aplican dentro del universo son una consecuencia de la teoría del todo. Otra visión es que las leyes emergentes , que gobiernan el comportamiento de los sistemas complejos , deben verse como 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 complejos o vivos, son independientes de las leyes microscópicas de bajo nivel. En esta visión, las leyes emergentes son tan fundamentales como una teoría del todo.
Los debates no aclaran el punto en cuestión. Es posible que la única cuestión en juego sea el derecho a aplicar el término de alto rango "fundamental" a los respectivos temas de investigación. Un conocido debate sobre este tema tuvo lugar entre Steven Weinberg y Philip Anderson . [58]
Weinberg [59] 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 de movimiento y 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, una teoría del todo debe funcionar para una amplia gama de ejemplos simples de tal manera que podamos estar razonablemente seguros de que funcionará para cada situación en física. Las dificultades para crear una teoría del todo a menudo comienzan a aparecer cuando se combina la mecánica cuántica con la teoría de la relatividad general , ya que las ecuaciones de la mecánica cuántica comienzan a fallar cuando se les aplica la fuerza de la gravedad.
