lunes, 2 de abril de 2007

Las dimensiones desconocidas de la realidad


Está de moda la idea de que existen dimensiones desconocidas de la realidad que no podemos ver. Entre los físicos teóricos modernos es una idea casi universal de que nuestro universo es muy posible que tenga dimensiones adicionales. Y son cada vez más los físicos que parecen estar de acuerdo en que nuestro universo debe tener al menos 11 dimensiones. Aunque esto de dimensiones adicionales suena como a extraterrestres y ciencia ficción. Los trekkies que me lean recordarán los episodios de Star Trek sobre universos paralelos en otra dimensión donde vivía una versión espejo de nuestro universo donde los malos eran buenos y viceversa.


¿De dónde viene esa idea de que existen 11 dimensiones en el universo aunque solo podemos ver 4? (Aunque hay teorías rodando por ahí con hasta 26 dimensiones). Esto viene de una de las teorías de la física más "pegadas" en los últimos años: las teorías de las supercuerdas o "String Theory" en inglés. Esta teoría es bien llamativa porque de ser cierta sería una TEORÍA DE TODO. Este es el "Holy Grail" de los físicos. Si uno es materialista y cree que TODO LO QUE EXISTE es materia, puede entonces uno construir el universo solo con un puñado de partículas elementales. Toda la materia en la Tierra y las estrellas que vemos en el cielo se pueden REDUCIR a grandes bonches de 2 tipos de quarks (llamados "up" and "down") que forman los protones y neutrones, los electrones y los neutrinos. Con esas 4 piececitas podemos hacer todo el cosmos visible. La teoría de supercuerdas dice que a su vez esas 4 piececitas son todas la misma cosa. Una pequeña cuerdita microscópica que si vibra de una manera parece un quark, si vibra de otra parece un electrón, si vibra de otra parece un neutrino y si vibra de otra parece un gravitón (de lo que está hecha la fuerza de gravedad). Si esto fuese así solo con supercuerditas podemos EXPLICAR TODO LO QUE EXISTE.


Impresionante, ¿no? Y bastante arrogante que unos descendientes de monos en un planetita insignificante de una estrella del montón en las afueras de un galaxia entre billones de otras en un espacio de billones de años de luz de grande tenga la monumental osadía de creerse que puede entender TODO LO QUE EXISTE EN EL UNIVERSO. Pero nosotros los físicos teóricos aprendimos a no tenerle miedo a los problemas grandes y le metemos el pecho a cualquier pregunta sin chistar. Pero esos son otros veinte pesos. Supongo que por eso es que estamos locos de atar.


¿Porqué el multiverso (el universo que vemos, y el único que podemos estar seguros de que existe, más cualesquiera otros universos que a lo mejor existan pero no podemos ver) debe tener 11 dimensiones, y no las 4 que vemos según la teoría de las supercuerdas?


Bueno la teoría de las supercuerdas, o String Theory, es un intento de armonizar las 2 teorías que tenemos actualmente y que explican perfectamente todos los eventos físicos que podemos ver. Estas son la Teoría General de la Relatividad (que explica la gravedad, y la naturaleza cósmica del espacio y el tiempo), y la Teoría de los Campos Cuánticos o la Mecánica Cuántica (una colección bien bizarra de ecuaciones que predicen exactamente el comportamiento de la materia a partir de sus componentes subatómicos fundamentales). Una explica 100% correctamente la materia, y la otra explica 100% correctamente el espacio y el tiempo en que la materia existe. Pero son teorías incompatibles entre sí. Si el espacio a nivel microscópico fuese como dice la Relatividad, la mecánica cuántica no funcionaría. Pero si la materia exhibe las propiedades que dice la mecánica cuántica que tiene, el espacio y el tiempo se romperían y deformarían malamente según la Relatividad. Esto no es un problema serio en la práctica porque a los físicos que estudian partículas elementales y física de estado sólido la gravedad y el espacio no les interesan ni afectan, y los que estudiamos astrofísica y relatividad no nos afecta ni interesa la estructura atómica y molecular de los planetas, estrellas y galaxias. Con saber que pesan es suficiente.


Pero cuando uno llega al estudio del momento del Big Bang en que empezó el universo ahí es donde a la puerca se le entorcha el rabo. El Big Bang es el estudio de como empezó, y como se expande el espacio a través del tiempo cargando con toda la materia que contiene. Pero en el principio el universo era de tamaño microscópico y la única manera de generar la energía y la materia de la "nada" o el "vacío" es mediante las bizarras y complejas ecuaciones de la mecánica cuántica que permiten esto. Así que al principio hay que usar ambas teorías a la vez, y ahí se tranca el bolo.


La teoría de supercuerdas trata de resolver el problema viniendo desde el campo de la Mecánica Cuántica. Asume que las ideas de la mecánica cuántica son básicamente correctas y se pueden hacer compatibles con la gravedad relativista si hacemos 2 cambios importantes en la naturaleza del espaciotiempo y en la naturaleza de las partículas que componen la materia. Del espaciotiempo hay que cambiar la idea de que es un manifold contínuo que se puede siempre subdividir infinitamente como la recta numérica. En Relatividad no importa cuan pequeña sea la distancia entre 2 cosas siempre hay espacio entre medio y por tanto siempre se puede imaginar una distancia aún menor. En String Theory hay que "atomizar" el espacio y el tiempo. Debe haber distancias que sean las mínimas posibles en el universo, y no EXISTE ESPACIO entre dos cosas diferentes que estén a esa distancia mínima. De ahí viene el otro cambio filosófico fundamental. En mecánica cuántica existen solo 12 partículas verdaderamente fundamentales (electrones, neutrinos, los 2 tipos de quarks que forman los protones y neutrones [y sus primos exóticos en otras 2 generaciones casi idénticas pero más pesadas]). En la teoría actual esas partículas son PUNTUALES. Es decir, son puntos geométricos sin tamaño real, infinitesimalmente pequeñas. En String Theory eso no puede ser así y de ahí su nombre. En vez de puntos de cero dimensión tienen que ser por lo menos cosas extendidas de una dimensión (hilitos o cuerdas) o más (membranas, bolas, etc.)


Ahora viene lo interesante. Una cuerda puede vibrar como la cuerda de un violín o una guitarra. Estas vibraciones se pueden describir matemáticamente con ecuaciones. Si uno coge una cuerdita microscópica y trata de ponerla a vibrar según las ecuaciones de la mecánica cuántica solo podrá producir cierto número discreto de vibraciones (o notas musicales distintas). Muchas de esas vibraciones si la cuerda es bien bien bien chiquita (en String Theory son billones de veces más pequeñas que un protón) podrían interpretarse como las masas, cargas, y espínes de las partículas que vemos en aceleradores y reacciones nucleares. Es decir, forman el mismo grupo matemático y tienen las mismas simetrías.


Y después de todo este cuento, (si no se han dormido todavía), viene la contestación. Con las ecuaciones (aproximadas) de la mecánica cuántica si queremos reproducir todas las masas, cargas y espínes de todas las partículas y fuerzas (incluyendo un"gravitón" que reproduciría una Teoría de la Relatividad microscópica que no chocaría con la mecánica cuántica) necesitas por lo menos 10 dimensiones. Una cuerdita vibrando en 4 dimensiones se quedaría corta y no podría producir suficientes vibraciones diferentes para meter todas las cosas diferentes que podemos ver a nivel subatómico. De ahí vienen 10. ¿Y la número 11? Bueno, es que este tipo de String Theories (en plural) se pueden hacer de muchas maneras diferentes. Habría no una sino al menos 5, (y cuidado si más), formas diferentes de hacer esto. Las cuerditas son tan y tan y tan chiquitas que no hay manera de hacer experimentos para distinguir cual sería la correcta, y peor aún, para chequear que no hayamos cometido algún error al escribir las ecuaciones o tratar de resolverlas. Pero hace algunos años alguien se dio cuenta de que si añadimos una dimensión adicional entonces podemos definir transformaciones que vayan de una teoría de cuerdas a otra convirtiéndolas en una misma teoría. Esto haría las cosas más lógicas, bonitas y elegantes por lo que a casi todos nos encanta la idea de las 11 dimensiones. Es el mínimo matemático necesario para tener una sola teoría que haga todo lo que queremos.

10 comentarios:

Mar Azul dijo...

Hola y felicidades por tan interesante blog , ya tiene una asidua lectora, saludos desde el sur....

Anónimo dijo...

no entiendo bien. hay distintas dimensiones en el universo? en el espacio? uno puede 'existir' en dimensiones alternas??

me puede explicar mejor?

gracias!!

Ramón López dijo...

En teoría existen otras dimensiones que no podemos ver. Pero todo parece indicar que nosotros solo podemos vivir en estas 4 que vemos porque las partículas de las cuales estamos hechos se manifiestan en estas 4. Las otras 7 son dimensiones "ocultas". Como dije solo se nos ocurre que existen porque parece ser una buena manera de dar cuenta de todo con una sola teoría lógica y consistente.

Anónimo dijo...

Soy el que ha escrito antes para felicitarle, en otra entrada, por su esfuerzo para democratizar la ciencia.

Por cierto, también formo parte del movimiento independentista de un pequeño país europeo, así que me alegro de esa sincronía entre ciencia y política (así ha sido muchas veces... :).

Mi pregunta es sobre la propiedad cuántica por la que una partícula se ve alterada a (¿grande o pequeña?) distancia cuando actuamos sobre su "gemela". Seguro que no me he explicado bien, pero espero que me entienda.

Muchas gracias.

Anónimo dijo...

Excelente el articulo, de lo mas claro que he leido. Lo interesante de esta nota es que explica muy bien porque las dos teorias (Relatividad y Cuantica) deberian ser compatibles, cosa que nadie aclara!.
La nota esta tan bien escrita que una persona que no sabe de fisica puede entender claramente el asunto. Lo que me gustaria saber mas es si usted esta o no de acuerdo con la teoria de las cuerdas. Pareceria que no pero sin embargo me quedan dudas. Tal vez usted tambien las tiene.
Felicitaciones y gracias. Saludos de otra lectora del sur. b.a. argentina.

Anónimo dijo...

Muuy bueno el blod ^^auuun asi no entendidel todo D:

Anónimo dijo...

para comenzar hola y k bien k expliquen esto ,,yo soi estudiante de preparatoria y me ah encantado esto de la fisica y mi preunta es k entonces de las 11 dimensiones 4 son las k podemos usar k seria en el movimiento de la materia, vista panoramica movimiento horizontal y moviento vertical y profundidad y la cuarta el tiempo entonces las 7 sobrantes son indiscriptibles komo las anteriores solo son alucinamientos matematicos komo numeros falsos para poder explicar el movimiento de lo k ahora ya no son particulas sino cuerdas diminutas k al vibrar cambian la concepcion del espacio tiempo o si se pueden explicar y si se puede komo se explicarian yo solo eh escuchado k la 11 dimension es komo si te miraras desde arriba en algun lugar alto

electro_fobia_19 dijo...

hola , he leido su informacion del post. los cientificos a base de matematicas y fisica intentan buscar eso de las dimenciones, pero,,,,,, y si le digo que uno si puede ver esas diemnciones que el ojo humano que a simple vista no ve? le sonara raro y quizas tonto, pero hes verdad. hace meses logre forzar eso, y mas que nada no forze mis ojos, si no que forse la capacidad de mi cerebro, aumente a base de relajo y consentracion en un punto fijo. al comienzo no preste atencion a eso, pero al ir pasando la veces que lo hacia, las cosas se empezaron a mover, como decirlo, no en la realidad material, si no en una subrealidad. nosotros en materia fisica estamos en una 3ra dimencion, pero en este espacio que ocupamos, tambien ocupamos otras dimencions,. para hacerselo sensillo. hay veces que nosotros cuando estamos cerca de una persona, casi apegados, sentimos que nos falta el aire, o en verdad tenemos esa sensacion, aunque no este esa persona apegada a nosotros, y eso por que aun que no estemos apegada a esa persona nuestra energia que tambien ocupa su espacion en su respectiva dimencion, esta ocupando mas espacio, del que nuestro cuerpo qu esta en 3ra dimencion ocupa. bueno ojala que tome esto en serio. le dejare mi correo por si le llegara a intersar. electro_fobia_19@hotmail.com. ammm.... y antes que se me olvide, desarrolle a sus respectivos lados de mis ojos un movimiento que mentalmente se puede manejar, ,,,,y por ultimo, he visto eso que le dire, pero en nuestro mundo ha desaparecido cerca de dos dimenciones, lo vi con mi ojo izquierdo, son consumidos por una energia potente, mas menos dos o tres dimenciones a desaparecido, y no se cuantas dimenciones en realidad existen. ncesito su ayuda, si sabe de este tema por favor comuniquese conmigo, es algo delicado, y por lo que usted me dice esto es lo mas cercano a lo que me paso.

ilucionista dijo...

bastante resumido y claro pero me gustaria una opinion mas profunda acerca de la mecanica cuantica en cuanto al comportamiento de los electrones, es decir, aun no me explico por que pueden ser y/o comportarse como ondas o materia ademas de que existe un numero de realidades infinitas y todo ese rollo cuantico

Anónimo dijo...

buenas tengo una pregunta si nosotros estamos en una realidad y hay otras 11 o infinitas tediendo en cuenta su igual o diferente realidad como el planeta de los simios cuando pasan de dimension es el mismo planeta sino con una realidad distinta y antes de irme usted cree en esas cosas de que el planeta se acaba el otro año , pues si esta es una dimension que nos diferencia a otras o al ciclo de la vida o que si nuestro universo no es mas grande que una particula solo mire el ejemplo una hormiga mira gigante su colmena pero para nosotros es algo pequeño para nosotros es gigante nuestro planeta y quisas nuestro universo no sea mas grande que un proton para otra realidad.

saludos desde Colombia.....