¡El Universor! ¿De 11 dimensiones?

Hablamos de un Universo que tiene más de 4 dimensiones y que nosotros sólopodemos “ver” a través de de las complejas ecuaciones topológicas de las teorías de supercuerdas y supergravedad.La Teoría de la Suopergravedad funciona bien, pero no del todo. En algunos puntos la formulación matemátioca mp funciopna perfectamente. No todos los tipos de partíoculas se ajustan al Modelo y, además, no se cancelan todos los infinitos. Con una incansable perseverancia, los investigadores han intentado aplicar las mismas teorías en espacios con muchas más dimensiones que el nuestro.

Un espacio bidimensional puede ser comparado con la superficie de un folio de papel en blanco. Supongamos que cogemos el folio y lo enrollamos para formar un cilindro. Para una pequeña araña roja que paseara sobre el papel, la diferencia sería inapreciable. La araña necesita mucho tiempo para andar a lo largo de un círculo completo sobre el cilindro, y probablemente, no notaría que vuelve al punto de partida. Decimos que este mundo es aun  bidimensional, aunque visto desde cierta distancia el tubo es como un palo que tuviese solamente una simensión. En el mismo sentido, el mundo de las partículas muy pequeñas podría tener más de tres dimensiones (del tipo espacial). Estas partículas pequeñas serían como nuestra propia araña roja y no notarían que algunas de las dimensiones se había “enrollado”. Para nosotros, estas dimensiones enrolladas se han hecho visible.

Arrugar, romper o fracturar la continuidad clásica para aumentar la capacidad de un objeto de ocupar espacio, o enrollarlo para disminuir dicha capacidad. He aquí la cuestión, aparentemente trivial, que puede llevarnos a entender mejor el propio nacimiento de nuestro Universo.

Esta idea ya había sido sugerida por Theodor Kaluza en 1919 y fue elaborada posteriormente por Oskar Klein en Estocolmo, Suiza. Pero descubrieron algo más: ¡la componente del campo gravitatorio en la dirección en la que se enrolla el espacio obedece exactamente a las mismas leyes del electromagnetismo de Maxwell!

El profesor Theodor Kaluza nos hablaba de la Quinta Dimensión que unificaba la Relatividad de Einstein con la Teoría de Maxwell. Todo en cinco dimensiones…Ahí comenzó toda la historia que después, desembocaron enm las supersimetrías, supergravedad, cuerdas y supercuerdas, cuerda heteráotica y teoría M…¿Qué vendrá después?

La respuesta de Klein a esta pregunta fue ingeniosa al decir que estaba enrollada o compactada en la distancia o límite de Planck, ya que, cuando comenzó el Big Bang, el Universo se expandió sólo en las cuatro dimensiones conocidas de espacio y una de tiempo, pero esta dimensión no fue afectada por la expansión y continua compactada en L_p=√(Għ/c³),cuyo valor es del orden de 10^{-35 metros, distancia que no podemos ni tenemos medios de alcanzar, es 20 ordenes de magnitud menor que el protón que está en 10 con exponente -15 metro.}

Pues las dimensiones que nos faltan en la teoría decadimensional, como en la de Kaluza – Klein, también están compactada en una recta o en un círculo en esa distancia o límite de Planck que, al menos por el momento, no tenemos medios de comprobar dada su enorme pequeñez menor que un protón.

¿Cómo pueden estar enrolladas unas dimensiones?

Bueno, igual que para explicar de manera sencilla la gravedad mediante el ejemplo de una sábana estirada por los 4 extremos, en la que ponemos un enorme peso en su centro y se forma una especie de hondonada que distorsiona la superficie antes lisa de la sábana, al igual que un planeta distorsiona el espacio a su alrededor, de manera tal que cualquier objeto que se acerca a la masa del objeto pesado, se ve atraído hacia él.Pues bien, en las dimensiones de espacio enrolladas, utilizamos el símil de la sábana con bandas elásticas en las esquinas.

La sábana que tenemos es pequeña y la cama es grande.Con esfuerzo logramos encajar las cuatro esquinas, pero la tensión es demasiado grande; una de las bandas elásticas salta de una esquina, y la sábana se enrolla. Este proceso se llama ruptura de simetría.La sábana uniformemente estirada posee un alto grado de simetría.La sábana se enrolla.Se puede girar la cama 180º alrededor de cualquier eje y la sábana permanece igual.Este estado altamente simétrico se denomina falso vacío.Aunque el falso vacío aparece muy simétrico, no es estable. La sábana no quiere estar en esta condición estirada. Hay demasiada tensión y la energía es demasiado alta.Pero, la sábana elástica salta y se enrolla.La simetría se rompe, y la sábana pasa a un estado de energía más baja con menor simetría. Si notamos la sábana enrollada 180º alrededor de un eje ya no volvemos a tener la misma sábana.

Reemplacemos ahora la sábana por el espacio-tiempo decadimensional, es espacio-tiempo de simetría definitiva. En el comienzo del tiempo, el universo era perfectamente simétrico.Si alguien hubiera estado allí en ese instante, podría moverse libremente y sin problemas por cualquiera de las diez dimensiones. En esa época la Gravedad y las fuerzas débiles y fuertes y electromagnéticas estaban todas ellas unificadas por la supercuerda. Sin embargo, esta simetría no podía durar. El Universo decadimensional, aunque perfectamente simétrico, era inestable, la energía existente muy alta, exactamente igual que la sábana, estaba en un falso vacío. Por lo tanto, el paso por efecto túnel hacia un estado de menor energía era inevitable. Cuando finalmente ocurrió el efecto túnel, tuvo lugar una transición de fase y se perdió la simetría.

Las transiciones de fases pueden ser también asuntos bastante explosivos. Por ejemplo, pensemos en un río que ha sido represado.Tras la presa se forma rápidamente un embalse con agua a enorme presión Puesto que es inestable, el embalse está en el falso vacío.El agua preferiría estar en su verdadero vacío, significando esto que preferiría reventar la presa y correr aguas abajo, hacia un estado de menor energía.Así pues, una transición de fase implicaría un estallido de la presa, que tendría consecuencias desastrosas.

También podría poner aquí el ejemplo más explosivo de una bomba atómica, donde el falso vacío corresponde al núcleo inestable de uranio donde residen atrapadas enormes energías explosivas que son un millón de veces más poderosas, para masas iguales, que para un explosivo químico.De vez en cuando, el núcleo pasa por efecto túnel a un estado más bajo, lo que significa que el núcleo se rompe espontáneamente.Esto se denomina desintegración radiactiva.Sin embargo, disparando neutrones contra los núcleos de uranio, es posible liberar de golpe esta energía encerrada según la formula de Einstein E=mc², por supuesto, dicha liberación, es una explosión atómica ¡menuda transición de fase!

Una transición de fase que perseguimos, es dominar la Galaxia, poder moldearla con nuestras manos, y, si eso llega a ser posible alguna vez, seremos los señores del Hiperespacio.Para entonces, los misteriosos agujeros negros no tendrán secretos para nosotros, las energías perdidas tampoco y…los viajes en el tiempo, serán cosa cotidiana. ¿Será realidad algún día ese pensamiento?

Las nuevas características descubiertas por los científicos en las transiciones de fases es que normalmente van acompañadas de una ruptura de simetría.Al premio Nobel Abdus Salam le gusta la ilustración siguiente: consideremos una mesa de banquete circular, donde todos los comensales están sentados con una copa de champán a cada lado.Aquí existe simetría.Mirando la mesa del banquete reflejada en un espejo, vemos lo mismo: cada comensal sentado en torno a la mesa, con copas de champán a cada lado.Asimismo, podemos girar la mesa de banquete circular y la disposición sigue siendo la misma.

Rompamos ahora la simetría.Supongamos ahora que el primer comensal toma la copa que hay a su derecha.Siguiendo la pauta, todos los demás comensales tomaran la copa de champán de su derecha.Nótese que la imagen de la mesa del banquete vista en el espejo produce la situación opuesta.Cada comensal ha tomado la copa izquierda.De este modo, la simetría izquierda-derecha se ha roto.

Así pues, el estado de máxima simetría es con frecuencia también un estado inestable, y por lo tanto corresponde a un falso vacío.

Con respecto a la teoría de supercuerdas, los físicos suponen (aunque todavía no lo puedan demostrar) que el universo decadimensional original era inestable y pasó por efecto túnel a un universo de cuatro y otro de seis dimensiones.Así pues, el universo original estaba en un estado de falso vacío, el estado de máxima simetría, mientras que hoy estamos en el estado roto del verdadero vacío.

           Vivímos en un mundo tridimensional y, cuando queremos escenificar ese mundo de más dimensiones… ¡No podemos!

Sólo las matemáticas lo consiguen dibujar. La última parada antes de que tal cosa suceda se llama “supergravedad”, una construcción matemáticamente complicada que consigue combinar la supersimetría con la fuerza gravitatoria pero, ¿qué es la supergravedad? Meternos en esos berengenales matemáticos sería algo engorroso y (para muchos) aburrido.

¿Qué pasa entonces con la supergravedad? Aquí, al principio las cosas parecen mucho mejores e incluso al nivel de tres lazos nada parece ir mal. Los entusiastas afirman que esto no podía ser uhna coincidencia y que la teoría final de todasd las fuerzas podría estar a la vista. ¿Una teoría de todas las fuerzas? ¿Podemos imaginar una cosa así? ¿Sería posible una formulación exacta  de las leyes de la física? ¿Se podría encontrar eso alguna vez?. Claro que, todo esto nos lleva a “universos” insospechados, lugares cada vez más pequeños en un reino donde el espacio y el tiempo dejan de existir, ya no podemos hablar de puntos y, nos vemos obligados a tener que hablar de cuerdas vibrantes.

¿Quién sabe? Como decía en alguna ocasión, también en esta ocasión, los teóricos podrían haber dado en el blanco y, con su intuición “infinita”, haber descubierto que toda la materia del universo está formada por cuerdas vibrantes y armónicas que se conjugan de diferentes maneras, produciendo con sus pulsos, nuevas partículas.

¡Es todo tan extraño! ¡Es todo tan complejo! y, sobre todo…¡sabemos tan poco!

según lo que podemos entender y hasta donde han podido llegar nuestros conocimientos actuales, ahora sabemos donde están las fronteras: donde las masas o las energías superan 10¹⁹ veces la masa del protón, y esto implica que estamos mirando a estructuras con un tamaño de 10^-33 centímetros. Esta masa la conocemos con el nombre demasa de Planck y a la distancia correspondiente la llamamos distancia de Planck. La masa de Planck expresada en gramos es de 22 microgramos, que la es la masa de un grano muy pequeño de azúcar (que, por otra parte, es el único número de Planck que parece más o menos razonable, ¡los otros números son totalmente extravagantes!). Esto significa que tratamos de localizar una partícula con la precisión de una longitud de Planck, las fluctuaciones cuánticas darán tanta energía que su masa será tan grande como la masa de Planck, y los efectos de la fuerza gravitatoria entre partículas, así, sobrepasarán los de cualquier otra fuerza. Es decir, para estas partículas la gravedad es una interacción fuerte.

Si la Gravedad llega a ser un ainteracción fuerte, será un verdadero desastre. No se puede evitar lamentando que hará de la gravedad algo tan difícil como “la cromodinámica cuántica” cuando interacciona con los quarks. Aquí la situación es mucho más grave. Cuanto más pequeñas sean las estructuras que tratamos de estudiar más intensa es esta fuerza, hasta el extremo de que incluso los intentos más burdos para describirla darán lugar a resultados completamente absurdos.

Todo lo que conocemos acerca de la naturaleza será inválido en la escala de Planck, y nosotros que pensábamos que conocíamos todo con gran precisión. La Teoría de Einstein acerca de la naturaleza de la fuerza gravitatoria funciona espléndidamente. parter de un principio muy fundamental, uno que practicamente tiene que ser correcto: la gravedad es una propiedad del espacio y el tiempo mismos. El Espacio y el Tiempo están “curvados” quiero decir exactamente lo que sucede a un trozo de papel cuando se humedece: de deforma y no hay manera de alisarlo ni pasándole la plancha caliente. La guerza Gravitatoria es la responsable de semente rugosidad en el espacio tiempo.

Cuando me sumerjoen los problemas de la Física, siempre acabo perdido.

emilio silvera

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