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Las dimensiones del Universo

Jose Javier Arenas Ferrer

Nada es demasiado maravilloso para ser cierto

Michael Faraday (1791-1867)

Entre aquellos revolucionarios artículos de Albert Einstein en 1905, uno de ellos (el de la Relatividad Especial) le dio pie a la humanidad para soñar con los viajes en el tiempo. Sin embargo, y para ser más precisos, los viajes al futuro son una realidad. Así, el estudio de las posibles dimensiones del universo y cómo sería la vida en ellas, resulta apasionante.

El nuestro es un universo tetradimensional, nos envuelven tres dimensiones espaciales y una temporal. Entre ésta última y las anteriores hay una diferencia crucial, y es que la dimensión temporal lleva asociada un signo menos. Este signo separa el futuro del pasado y complica los libres viajes por el tiempo.

La distancia más corta entre dos puntos no es la línea recta

 En el espacio, el camino más breve entre dos puntos es la línea recta. Si al acudir a una cita nos desviamos para comprar flores, nuestro cuentakilómetros contabilizará un recorrido mayor que si hubiéramos asistido al encuentro sin rodeos. Sin embargo, la experiencia cambia cuando viajamos entre dos sucesos separados temporalmente. Si la ansiada cita la tenemos dentro de diez años y la espera nos resulta insoportable, lo mejor que podemos hacer es darnos una vuelta por Alfa Centauro y regresar a la Tierra en el mismo instante de la cita. A una velocidad relativista (comparable a la de la luz) el tiempo se dilatará y nuestro reloj necesitará menos tics para cubrir tal distancia adicional. No sólo llegaremos antes a la cita, sino que habremos envejecido menos que nuestra posible pareja. Por lo cual, podríamos haber quedado en cualquier astro alejado del Cosmos para que a los dos nos afectara por igual la expansión temporal.

Universo bidimensional curvado (toro). Si se estuviese en un lugar del lado interior del anillo y se quisiese ir a un punto situado enfrente, se tendría que dar un rodeo. Sin embargo, si uno fuese capaz de viajar en la tercera dimensión, podría recortar en línea recta.

Planilandia y Linealandia

Es una suerte que convivamos con tres dimensiones espaciales y una temporal. Si, por ejemplo, nos hubiese tocado vivir en un Universo de dos dimensiones en el espacio y una en el tiempo, la vida cotidiana sería muy distinta. Los habitantes del mundo de Planilandia sólo podrían desplazarse en las dimensiones arriba-abajo y derecha-izquierda. Stephen Hawking ya hizo notar en su “Historia del tiempo” que un planilandés  tendría boca y estómago, pero no estarían unidos por conducto alimentario alguno ya que de ser así ¡el individuo se rompería en dos trozos! Estos sujetos vomitarían la comida después de haberla digerido. Por otra parte, si uno de ellos le da la espalda  a otro, nunca podría darse la vuelta y verle la cara, exceptuando que deseara mantener un diálogo con él haciendo el pino.

Un mundo con una dimensión espacial y otra temporal, se tornaría todavía más simple y limitado. En Linealandia, los habitantes serían segmentos de línea. Si un linealandés se encuentra a la izquierda de otro, jamás podría rodearle y situarse a su derecha.                                                                                                                                            


            Planilandés

                                                                                                                                                     Nuestro universo

 El motivo por el que existen una dimensión temporal y tres espaciales quizá se deba a la forma en que la gravedad actúa. En la Relatividad General, Einstein diseñó un Universo en el que la atracción gravitatoria nace de la curvatura provocada por la masa en el espacio-tiempo. Aplicando esta teoría a Planilandia obtenemos que los cuerpos no se atraen entre sí, con lo que sus habitantes no se mantendrían en el suelo ni los edificios se podrían construir. No se desarrollaría vida inteligente en este mundo ni, por supuesto, en Linealandia. Si, por el contrario, hubiera más de tres dimensiones espaciales, la fuerza gravitatoria ente dos cuerpos disminuiría con la distancia más rápidamente de lo que lo hace en tres dimensiones. Las órbitas planetarias se volverían inestables impidiendo también la evolución de vida inteligente. La menor perturbación (tal como la producida por la atracción gravitatoria de los otros planetas) daría como resultado el que la Tierra girara en espiral, o bien hacia el Sol o bien alejándose de él. O nos helaríamos o nos achicharraríamos. Además, el Sol no sería estable ya que la presión no compensaría la gravedad. O se rompería o se colapsaría para formar un agujero negro.

Supongamos que el tiempo fuera bidimensional, se nos permitiría girar en el plano tiempo al igual que lo hacemos en el plano espacio. Esto admitiría el viaje al pasado. De ser así, perderíamos el principio de causalidad al que estamos sujetos.

Al parecer, vivimos en un universo adecuado en sus dimensiones para que hayamos podido subsistir, aunque eso no implica que no existan otros universos como Planilandia o Linealandia. Este razonamiento fue denominado por el físico británico Brandon Carter como Principio Antrópico Fuerte

 

Teorías

En 1919, Theodor Kaluza generalizó la teoría gravitacional einsteniana a un universo de cuatro dimensiones espaciales y una temporal, constatando como resultado la gravedad normal de Einstein junto con las ecuaciones de Maxwell de la electrodinámica, corregidas según la Teoría Especial de la Relatividad. El electromagnetismo sería producto de la acción de la gravedad en una cuarta dimensión espacial. Oskar Klein, en 1926, propuso que la dimensión adicional podría encontrarse arrollada como el contorno de una pajita para refrescos.

La teoría Kaluza-Klein unificaba el electromagnetismo y la gravedad, pero al no soportar efectos que pudieran verificarse experimentalmente, quedó relegada al olvido.

En los últimos tiempos, la Teoría de Supercuerdas ha rescatado la idea de dimensiones extra. Supuestamente, las partículas fundamentales son minúsculos bucles de cuerdas. Así, nuestro universo tiene once dimensiones en realidad: tres espaciales, una temporal, y siete dimensiones espaciales formando un ovillo estas últimas de 10-33 centímetros de circunferencia. De una de las dimensiones adicionales se obtendría la electrodinámica, y de las otras las fuerzas nucleares, constituyendo por fin la ansiada teoría unificada de la física.

 

La unificación de la física. Conclusiones

Es posible que no pueda existir en realidad una teoría unificada, en cualquier caso, tres son las posibilidades que se presentan a este respecto: 

1.  No hay ninguna teoría del universo; los acontecimientos tienen un límite de predicción porque suceden aleatoriamente.

2.   No hay una teoría definitiva del universo, sólo una infinidad de teorías que cada vez lo describen con mayor precisión

3.   Realmente existe una teoría unificada, quizá algún día la descubramos, o quizá no. 

Para muchos la primera posibilidad es la correcta, ya que lo contrario impactaría frontalmente con la libertad de Dios de intervenir en el mundo si le apetece.

Con la llegada de la mecánica cuántica se admite que los acontecimientos se predicen con un grado de incertidumbre. Aunque se puede atribuir a Dios este comportamiento arbitrario, no parece que haya propósito alguno, ya que si lo hubiera ya no sería arbitrario.

En cuanto a la segunda posibilidad, la experiencia demuestra que puede ser así, pero la creciente precisión de medidas se encuentra unida a una sucesión de energías cada vez mayores, pero debe haber un límite. Se supone, por tanto, que la teoría unificada existe, aunque quizá no sea descubierta jamás.

 

Glosario

 Partícula fundamental: la que se cree que no puede ser subdividida.

Principio Antrópico: vemos el universo de la forma que es porque, si fuese diferente, no estaríamos aquí para observarlo.

Suceso: un punto en el espacio-tiempo, especificado por su tiempo y lugar.

Relatividad Especial: teoría de Einstein basada en la idea de que las leyes de la ciencia deben ser las mismas para todos los observadores que se mueven libremente, no importa cual sea su velocidad.

Relatividad General: teoría de Einstein basada en la idea de que las leyes de la ciencia deben ser las mismas para todos los observadores, no importa cómo se estén moviendo. Explica la fuerza de la gravedad en términos de la curvatura de un espacio-tiempo de cuatro dimensiones.

Teorías de unificación de la física: las que unifican la fuerza electromagnética, fuerte y débil.

 

Bibliografía

"Historia del tiempo”

            Autor: Stephen W. Hawking

            Editorial: Planeta-Agostini

“Los viajes en el tiempo y el universo de Einstein

            Autor: J. Richard Gott

            Editorial: Círculo de Lectores

“El Universo para curiosos”

            Autora: Nancy Hathaway

            Editorial: Crítica

Para cualquier sugerencia… erjoseja@hotmail.com
[Jose Javier Arenas Ferrer]

 

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