Cómo el universo podría tener más dimensiones


¿Podría el universo tener más dimensiones de las que creemos? (Crédito de la imagen: Getty)

La teoría de cuerdas es una supuesta teoría de todo lo que los físicos esperan que algún día explique... todo.

Todas las fuerzas, todas las partículas, todas las constantes, todas las cosas bajo un mismo techo teórico, donde todo lo que vemos es el resultado de pequeñas cuerdas vibrantes. Los teóricos han estado trabajando en la idea desde la década de 1960, y una de las primeras cosas que se dieron cuenta es que para que la teoría funcione, tiene que haber más dimensiones que las cuatro a las que estamos acostumbrados.
Pero esa idea no es tan loca como parece.

Desastre dimensional

En la teoría de cuerdas, los pequeños bucles de fibrosidad vibrante (en la teoría, son el objeto fundamental de la realidad) se manifiestan como las diferentes partículas (electrones, quarks, neutrinos, etc.) y como portadores de fuerza de la naturaleza (fotones, gluones, gravitones, etc.). La forma en que lo hacen es a través de sus vibraciones. Cada cuerda es tan pequeña que nos parece nada más que una partícula puntual, pero cada cuerda puede vibrar con diferentes modos, de la misma manera que puedes obtener diferentes notas de una cuerda de guitarra.

Se cree que cada modo de vibración se relaciona con un tipo diferente de partícula. Así que todas las cuerdas que vibran de una manera se ven como electrones, todas las cuerdas que vibran de otra manera se ven como fotones, y así sucesivamente. Lo que vemos como colisiones de partículas son, en la visión de la teoría de cuerdas, un montón de cuerdas que se fusionan y se separan.

Pero para que las matemáticas funcionen, tiene que haber más de cuatro dimensiones en nuestro universo. Esto se debe a que nuestro espacio-tiempo habitual no le da a las cuerdas suficiente "espacio" para vibrar de todas las maneras que necesitan para expresarse plenamente como todas las variedades de partículas en el mundo. Están demasiado limitados.

En otras palabras, las cuerdas no solo se mueven, sino que se mueven hiperdimensionalmente.

Las versiones actuales de la teoría de cuerdas requieren 10 dimensiones en total, mientras que una teoría de cuerdas über aún más hipotética conocida como teoría M requiere 11. Pero cuando miramos alrededor del universo, solo vemos las tres dimensiones espaciales habituales más la dimensión del tiempo. Estamos bastante seguros de que si el universo tuviera más de cuatro dimensiones, ya lo habríamos notado.

¿Cómo es posible reconciliar el requisito de la teoría de cuerdas de dimensiones adicionales con nuestras experiencias cotidianas en el universo?

Acurrucado y compacto

Afortunadamente, los teóricos de cuerdas pudieron señalar un antecedente histórico para esta noción aparentemente radical.

En 1919, poco después de que Albert Einstein publicara su teoría de la relatividad general, el matemático y físico Theodor Kaluza estaba jugando con las ecuaciones, solo por diversión. Y encontró algo especialmente interesante cuando agregó una quinta dimensión a las ecuaciones: no pasó nada. Las ecuaciones de la relatividad realmente no se preocupan por el número de dimensiones; es algo que hay que añadir para que la teoría sea aplicable a nuestro universo.

Pero luego Kaluza agregó un giro especial a esa quinta dimensión, haciéndola envolverse en lo que él llamó la "condición del cilindro". Este requisito hizo que algo nuevo apareciera: Kaluza recuperó las ecuaciones habituales de la relatividad general en las cuatro dimensiones habituales, más una nueva ecuación que replicaba las expresiones del electromagnetismo.

Parecía que agregar dimensiones podría unificar potencialmente la física.

En retrospectiva, esto fue un poco una pista falsa.

Sin embargo, un par de décadas más tarde, otro físico, Oskar Klein, trató de dar a la idea de Kaluza una interpretación en términos de mecánica cuántica. Descubrió que si esta quinta dimensión existía y era responsable de alguna manera del electromagnetismo, esa dimensión tenía que ser arrugada, envolviéndose alrededor de sí misma (al igual que en la idea original de Kaluza), pero mucho más pequeña, hasta unos 10^-35 metros desnudos.

Las muchas variedades de la teoría de cuerdas

Si una dimensión adicional (o dimensiones) es realmente tan pequeña,no nos habríamos dado cuenta a estas alturas. Es tan pequeño que no podríamos esperar sondearlo directamente con nuestros experimentos de alta energía. Y si esas dimensiones están envueltas en sí mismas, entonces cada vez que te mueves en el espacio de cuatro dimensiones, realmente estás circunnavegando esas dimensiones adicionales miles de millones y miles de millones de veces.

Y esas son las dimensiones donde viven las cuerdas de la teoría de cuerdas.

Con más conocimientos matemáticos, se encontró que las seis dimensiones espaciales adicionales necesarias en la teoría de cuerdas tienen que estar envueltas en un conjunto particular de configuraciones, conocidas como variedades de Calabi-Yao en honor a dos físicos prominentes. Pero no hay una variedad única que esté permitida por la teoría de la picadura.

Hay alrededor de 10^200,000.

Resulta que cuando necesitas seis dimensiones para acurrucarte sobre sí mismas, y darles casi cualquier forma posible de hacerlo, es ... suma.

Esas son muchas formas diferentes de envolver esas dimensiones adicionales en sí mismas. Y cada posible configuración afectará las formas en que vibran las cuerdas dentro de ellas. Dado que las formas en que las cuerdas vibran determinan cómo se comportan aquí en el mundo macroscópico, cada elección de variedad conduce a un universo distinto con su propio conjunto de física.

Así que sólo una variedad puede dar lugar al mundo tal como lo experimentamos. Pero, ¿cuál?

Desafortunadamente, la teoría de cuerdas no puede darnos una respuesta, al menos no todavía. El problema es que la teoría de cuerdas no está hecha, solo tenemos varios métodos de aproximación que esperamos que se acerquen a lo real, pero en este momento no tenemos idea de lo acertados que estamos. Así que no tenemos tecnología matemática para seguir la cadena, desde la variedad específica hasta la vibración específica de la cuerda y la física del universo.

La respuesta de los teóricos de cuerdas es algo llamado el Paisaje, un multiverso de todos los universos posibles predichos por las diversas variedades, con nuestro universo como solo un punto entre muchos.

Y ahí es donde se encuentra la teoría de cuerdas hoy, en algún lugar del Paisaje.

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