Las dimensiones adicionales permiten formas aún más complejas
Vitalij Chalupnik / Alamy y NASA, ESA y K. Stapelfeldt (JPL)
En una de las entrevistas más memorables de mi carrera hasta el momento, estaba en mi escritorio, con la cabeza entre las manos, hablando por teléfono con un físico sobre dimensiones adicionales. Estaba tratando de entender lo que significa que toda una dimensión sea pequeña. Después de varios minutos de ida y vuelta, dije: “Pero no es tan pequeño como una gominola, ¿verdad?”, mientras bloqueaba mentalmente la risa del colega sentado frente a mí. ¿La respuesta? Bueno, es complicado.
Invocamos dimensiones “extra” en física con cierta regularidad, pero muy rara vez hablamos de lo que eso significa realmente. A menudo entran en juego cuando se menciona la teoría de cuerdas, un conjunto radical de ideas que sugiere que todo está hecho de cuerdas increíblemente pequeñas. A medida que esas cuerdas vibren, producirían efectos que interpretamos como átomos, electrones y quarks. Tiendo a desconfiar un poco de la teoría de cuerdas, sobre todo porque las ideas que contiene varían de difíciles a imposibles de probar en la práctica, lo que me da que pensar. Y se basa en dimensiones adicionales para ocultar esos hilos enrollados de nuestra vista, lo cual es difícil de entender.
Claro, existen una o dos explicaciones bien conocidas, como la novela satírica Flatland de 1884 (escrita por Edwin Abbott bajo el seudónimo de “A Square”) y los muy divertidos videos educativos basados en ella. Son en gran medida alegorías y metáforas; aun así, ofrecen una manera de comprender cómo se podría sentir el encuentro con otra dimensión desde una perspectiva acostumbrada a vivir con cuatro, incluso si en realidad no se trata de las dimensiones adicionales en sí mismas. La mayoría de las veces, cuando profundizamos en lo que podría significar que haya dimensiones adicionales, hay muchos gestos, tal vez un poco de confusión, y luego seguimos adelante.
Pero las dimensiones adicionales, si son reales, podrían resolver legítimamente algunos problemas importantes de la física y la cosmología, por lo que vale la pena intentar comprenderlas. El ejemplo clásico de uno de estos problemas es la gravedad, que es mucho más débil que cualquiera de las otras fuerzas fundamentales. No sabemos por qué es así, y se ha propuesto que parte de la gravedad puede estar filtrándose hacia dimensiones adicionales, debilitando sus efectos en nuestro propio universo perceptible. Más recientemente, se ha propuesto algo similar para explicar nuevas mediciones de la energía oscura que indican que puede estar debilitándose con el tiempo. Si hay dimensiones adicionales que cambian de tamaño con el tiempo, eso se filtraría a las dimensiones que conocemos y experimentamos (tres de espacio y una de tiempo), cambiando el equilibrio energético del universo.
Además, incluso si tengo algunas dudas sobre si es probable que existan dimensiones adicionales, la idea es interesante.
Probablemente el tipo de dimensión adicional más fácil de entender es el utilizado en Flatland, una historia sobre formas geométricas que viven en un mundo bidimensional. Habitan una sábana plana y se deslizan a su alrededor como discos deslizándose sobre hielo. Desde su perspectiva plana, mirando hacia el borde de su forma, ven todas las demás formas simplemente como una línea.
Pero algún tipo de horror extradimensional lovecraftiano que tiene tres dimensiones (digamos, un humano) puede verlos desde arriba o desde abajo, no sólo para ver que son, de hecho, formas y no líneas, sino también para ver las entrañas que hay dentro de ellas. Al vivir en un mundo 3D, puedes sacar una de las formas de su plano y girarla de lado; las otras formas que aún quedan en Flatland simplemente verían una extraña sección transversal de su interior que se cruza con su plano en lugar de la línea constante de su borde.
Si extrapolas eso al mundo real, con sus tres dimensiones de espacio y una de tiempo, un horror de dimensiones aún superiores podría ver tu interior y tal vez incluso sacarte de tu espacio-tiempo familiar hacia su dimensión. Si eso sucediera, aquellos de nosotros que quedamos atrás veríamos una sección transversal cambiante de su verdadera forma de cinco dimensiones a medida que su cuerpo se movía.
Una variante de este tipo de dimensión extra es la hipótesis del mundo brana, que es la idea de que nuestro propio universo es el borde –la membrana– de un cosmos de dimensiones superiores. Propuesta por primera vez en 1999, la idea ha regresado de una relativa oscuridad en los últimos años como una de las pocas formas plausibles de luchar contra nuestra realidad dentro de las limitaciones de la teoría de cuerdas.
En una versión de esta idea, la membrana que constriñe nuestro universo es el borde entre un espacio de dimensiones superiores (llamado hiperespacio) y la nada. Eso nos colocaría justo al borde de un vacío cósmico. Oportunamente, esto se llama brana del fin del mundo. Las partículas fundamentales con las que estamos familiarizados serían entonces los extremos de cuerdas de cinco dimensiones que viven en el hiperespacio, pero nunca podríamos ver la cuerda entera, al igual que un triángulo en Planilandia nunca sería capaz de ver ninguna forma más complicada que una línea.
Eso nos lleva a cinco dimensiones, pero podría haber muchas más, y no todas tendrían que ser tan amplias como las del mundo brana. De hecho, es muy posible que ni siquiera tengan apariencia espacial; Imaginemos que el tiempo puede moverse hacia los lados y no sólo hacia adelante y hacia atrás. (No entremos en detalles sobre eso.) Y algunas dimensiones podrían ser, bueno, pequeñas como una gominola, o incluso mucho más pequeñas que eso.
¿Podrían las dimensiones adicionales ser como muñecos para anidar?
Lars Ruecker/Getty Images
Puedes pensar en las dimensiones como un conjunto de muñecas matrioskas de vidrio, cada una anidada dentro de las más grandes, donde solo puedes acceder a la muñeca que representa el número de dimensiones que habitas (presumiblemente, cuatro) y las que están dentro de ella. Las dimensiones de las gominolas (las que serían físicamente pequeñas, no pequeñas en términos de dimensiones inferiores) son como burbujas en el vaso. Pueden parecer bastante diferentes, pero, al igual que una de las matrioskas, una de estas burbujas encierra un espacio. Es sólo un espacio diminuto, como una especie de universo de bolsillo.
¿Podrías entrar en este universo de bolsillo? No, a menos que seas pequeño como una gominola, o más bien pequeño como un fotón, ya que se cree que estas dimensiones son extremadamente minúsculas. La razón de esto es que no hemos visto ninguno; si fueran grandes, serían mucho más fáciles de detectar. Pero no sería del todo imposible detectar una dimensión pequeña. Piensa en hacer brillar una luz a través de tus muñecas matrioskas de cristal. Cualquier burbuja crearía distorsiones y reflejos en la luz. Una dimensión extra real haría algo similar.
Entonces, digamos que una onda gravitacional viajara a través de una de esas burbujas en nuestro universo. Saldría con una forma ligeramente distorsionada y, con un detector lo suficientemente potente, podríamos medir esa distorsión. También hay otras formas de buscar, que implican pequeños efectos cuánticos y partículas exóticas que creemos que sólo podrían producirse en dimensiones adicionales.
Los investigadores de detectores de ondas gravitacionales, colisionadores de partículas e incluso telescopios regulares están buscando estos indicios sutiles, pero hasta ahora no han encontrado ninguno. Sin embargo, el hecho mismo de que sea posible buscar dimensiones adicionales puede debilitar mi afirmación anterior de que la teoría de cuerdas tiende a no hacer predicciones comprobables. Si terminamos encontrándolos, podría marcar un cambio radical en mis opiniones sobre la teoría de cuerdas y, por supuesto, en nuestra comprensión del universo en general.
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