Tradicionalmente, nos recuerda Peter Freund, profesor de física teórica en el Instituto Enrico Fermi de la Universidad de Chicago, los científicos se han mostrado escépticos respecto a las dimensiones más altas porque éstas no podían ser medidas y no tenían ningún uso concreto. Sin embargo, hay una aceptación creciente entre los científicos actuales de que cualquier teoría tridimensional es «demasiado pequeña» para describir las fuerzas que gobiernan nuestro universo. Como resalta Freund, un tema fundamental recurrente en la última década de la física ha sido el que las leyes de la naturaleza se hacen más simples y elegantes cuando se expresan en dimensiones más altas, que son su ámbito natural. Las leyes de la luz y de la gravedad encuentran una expresión natural cuando se manifiestan en un espacio-tiempo multidimensional. El paso clave para unificar las leyes de la naturaleza consiste en incrementar el número de dimensiones del espacio-tiempo hasta que puedan acomodarse más y más fuerzas. En dimensiones más altas, tenemos suficiente «sitio» para unificar todas las fuerzas físicas conocidas. Freund, al explicar por qué las dimensiones más altas están excitando la imaginación del mundo científico, utiliza la siguiente analogía: “Pensemos, por un momento, en un leopardo, un animal bello y elegante, uno de los más rápidos de la Tierra, que se mueve libremente por las sabanas de África. En su hábitat natural, es un animal magnífico, casi una obra de arte, insuperable en velocidad o gracia por cualquier otro animal. Ahora bien, pensemos en un leopardo que ha sido capturado y encerrado en una miserable jaula en un zoológico. Ha perdido su gracia y belleza original, y está exhibido para nuestra diversión. Nosotros sólo vemos el espíritu quebrado del leopardo en la jaula, no su potencia y elegancia original. El leopardo puede ser comparado con las leyes de la física, que son bellas en su asentamiento natural. El hábitat natural de las leyes de la física es el espacio-tiempo multidimensional. Sin embargo, sólo podemos medir las leyes de la física cuando han sido rotas y exhibidas en una jaula, que es nuestro laboratorio tridimensional. Sólo vemos el leopardo cuando ha sido despojado de su gracia y belleza“.
Durante décadas, los físicos se han preguntado por qué las cuatro fuerzas de la naturaleza parecen estar tan fragmentadas. La razón fundamental por la que estas cuatro fuerzas parecen tan diferentes, advierte Freund, es que hemos estado observando el «leopardo enjaulado». Nuestros laboratorios tridimensionales son jaulas de zoológico estériles para las leyes de la física. Pero cuando formulamos las leyes en un espacio-tiempo multidimensional, su hábitat natural, vemos su verdadero brillo y potencia; las leyes se hacen simples y poderosas. La revolución que ahora barre la física es la comprensión de que el ámbito natural para el leopardo puede ser el hiperespacio. El que la naturaleza se hace más sencilla cuando se expresa en dimensiones más altas es la idea central que subyace en la teoría de la relatividad especial de Einstein. Einstein reveló que el tiempo es la cuarta dimensión, y demostró que espacio y tiempo pueden ser convenientemente unificados en una teoría tetradimensional. Esto, a su vez, condujo inevitablemente a la unificación de todas las cantidades físicas medidas en términos de espacio y tiempo, tales como materia y energía. Encontró entonces la expresión matemática exacta para esta unidad entre materia y energía: E = mc², quizá la más célebre de todas las ecuaciones científicas. Durante los últimos 2.000 años, los científicos han descubierto que todos los fenómenos en nuestro universo pueden reducirse a cuatro fuerzas, que a primera vista no mantienen ninguna relación entre sí. La fuerza electromagnética adopta varias formas, incluyendo la electricidad, el magnetismo y la propia luz. La fuerza electromagnética ilumina nuestras ciudades, llena el aire con la música de las radios y nos entretiene con la televisión. Más de la mitad de la riqueza acumulada de nuestro planeta depende, de alguna forma, de la fuerza electromagnética. Por otro lado, la fuerza nuclear fuerte proporciona la energía que hace que las estrellas brillen y crea los brillantes rayos del Sol. Si la fuerza nuclear fuerte desapareciera repentinamente, el Sol se oscurecería y acabaría toda la vida en la Tierra. De hecho, algunos científicos creen que los dinosaurios fueron llevados a la extinción hace 65 millones de años cuando los residuos del impacto de un cometa se acumularon en las capas altas de la atmósfera, oscureciendo la Tierra y haciendo que la temperatura del planeta descendiese. Irónicamente, es también la fuerza nuclear fuerte la que un día puede privarnos de la vida. Liberada mediante la bomba de hidrógeno, la fuerza nuclear fuerte podría un día acabar con toda la vida sobre la Tierra.
La fuerza nuclear débil gobierna ciertas formas de desintegración radiactiva. Debido a que los materiales radiactivos emiten calor cuando se desintegran, la fuerza nuclear débil contribuye a calentar las rocas radiactivas en el interior profundo de la Tierra. Este calor, a su vez, contribuye al calor que impulsa los volcanes. Las fuerzas débil y electromagnética también se aprovechan para tratar enfermedades graves, como ciertas formas de cáncer. La fuerza de desintegración radiactiva también puede ser mortal, ya que produce también residuos radiactivos, el inevitable subproducto de la producción de armas nucleares y centrales nucleares, que pueden permanecer nocivos durante millones de años. La fuerza gravitatoria mantiene a la Tierra y los planetas en sus órbitas y mantiene unida la galaxia. Sin la fuerza gravitatoria de la Tierra, saldríamos despedidos al espacio por el giro de la Tierra. El aire que respiramos se dispersaría rápidamente hacia el espacio, provocándonos asfixia y haciendo imposible la vida en la Tierra. Sin la fuerza gravitatoria del Sol, todos los planetas, incluida la Tierra, saldrían despedidos desde el sistema solar hacia los fríos confines del espacio profundo, donde la luz del Sol es demasiado tenue para mantener la vida. De hecho, sin la fuerza gravitatoria el propio Sol explotaría. El Sol es el resultado de un delicado equilibrio entre la fuerza de gravedad, que tiende a comprimir la estrella, y la fuerza nuclear, que tiende a hacerla explotar. Sin gravedad, el Sol detonaría como billones de bombas de hidrógeno. El reto central de la física teórica actual es unificar estas cuatro fuerzas en una sola. Empezando con Einstein, los gigantes de la física del siglo XX han hecho intentos infructuosos para encontrar un esquema unificador. Sin embargo, la respuesta que esquivó a Einstein durante los últimos treinta años de su vida puede estar en el hiperespacio. Einstein dijo una vez: «La naturaleza sólo nos muestra la cola del león. Pero no tengo duda de que el león pertenece a ella incluso aunque no pueda mostrarse de una vez debido a su enorme tamaño». Si Einstein tenía razón, entonces quizá estas cuatro fuerzas son la «cola del león», y el propio «león» es el espacio-tiempo multidimensional. Esta idea ha alimentado la esperanza de que las leyes físicas del universo puedan ser un día explicadas por una sola ecuación.
La materia en el universo y las fuerzas que la mantienen unida, que se presentan en una variedad confusa e infinita de formas complejas, pueden ser simplemente vibraciones diferentes del hiperespacio. Este concepto, sin embargo, va en contra del pensamiento tradicional entre los científicos, que han visto el espacio y el tiempo como un escenario pasivo en el que las estrellas y los átomos juegan el papel principal. Casi todo el esfuerzo científico en física de partículas se ha dirigido históricamente a catalogar las propiedades de partículas subatómicas, tales como «quarks» y «gluones», más que a penetrar en la naturaleza de la geometría. La primera teoría de dimensiones más altas fue denominada teoría de Kaluza-Klein por los dos científicos que propusieron una nueva teoría de la gravedad en la que la luz podía explicarse como vibraciones en la quinta dimensión. Cuando se ampliaron al espacio N-dimensional, las teorías de las partículas subatómicas tomaron espectacularmente una sorprendente simetría. La vieja teoría de Kaluza-Klein, sin embargo, no podía determinar el valor correcto de N, y había problemas técnicos para describir todas las partículas subatómicas. El reciente interés en la teoría fue desencadenado en 1984 por los físicos Michael Green y John Schwarz, que demostraron la consistencia de una versión más avanzada de la teoría de Kaluza-Klein, llamada teoría de supercuerdas, que postula que toda la materia consiste en minúsculas cuerdas vibrantes. Sorprendentemente, la teoría de supercuerdas predice un número preciso de dimensiones para el espacio y el tiempo: diez. La ventaja de un espacio decadimensional es que tenemos «suficiente sitio» en el que acomodar las cuatro fuerzas fundamentales. Además, tenemos una imagen física sencilla con la que explicar la confusa mezcolanza de partículas subatómicas producidas por nuestros potentes colisionadores de átomos. Durante los últimos treinta años, centenares de partículas subatómicas han sido cuidadosamente catalogadas y estudiadas por los físicos. Como coleccionistas, los físicos han estado a veces abrumados por la diversidad y complejidad de dichas partículas subatómicas. Hoy, esta confusa colección de partículas subatómicas puede explicarse como meras vibraciones en la teoría del hiperespacio. La teoría del hiperespacio también ha reabierto la cuestión de si el hiperespacio puede ser utilizado o no para viajar por el espacio y el tiempo. Para comprender este concepto, imaginemos una raza de minúsculos seres planos que viven en la superficie de una gran manzana. Para estos seres es obvio que su mundo es plano y bidimensional, como ellos mismos. Sin embargo, uno de estos seres, más sabio, está obsesionado por la idea de que la superficie es, de alguna forma, finita y está curvada en algo que él llama la tercera dimensión.
Incluso inventa dos nuevas palabras, arriba y abajo, para describir el movimiento en esta invisible tercera dimensión. Sus amigos, sin embargo, le llaman loco por creer que su hábitat podría estar curvada en alguna dimensión invisible que nadie puede ver. Un día, el ser sabio emprende un largo viaje y desaparece en el horizonte. Con el tiempo regresa a su punto de partida, probando que el mundo está realmente curvado en la invisible tercera dimensión. Su viaje demuestra que su hábitat está curvado en una dimensión superior invisible, la tercera dimensión. Aunque cansado de sus viajes, el ser sabio descubre que todavía existe otra forma de viajar entre puntos distantes en la manzana: horadando la manzana, él puede hacer un túnel y crear un atajo conveniente hacia tierras lejanas. A estos túneles, que reducen considerablemente el tiempo de un largo viaje, los llama agujeros de gusano. Éstos demuestran que el camino más corto entre dos puntos no es necesariamente una línea recta, como a él le habían enseñado, sino un agujero de gusano. Un efecto extraño descubierto por el ser sabio es que cuando él entra en uno de estos túneles y sale por el otro extremo, encuentra que ha retrocedido hacia el pasado. Aparentemente, estos agujeros de gusano conectan partes de la manzana en las que el tiempo transcurre a velocidades diferentes. Algunos de los seres afirman incluso que estos agujeros de gusano pueden ser convertidos en una máquina de tiempo. Posteriormente, el ser sabio hace un descubrimiento todavía más trascendental: su hábitat no es realmente el único mundo en el universo, sólo es una manzana en un gran huerto de manzanas. Su manzana, descubre él, coexiste con cientos de otras manzanas, algunas con seres como ellos mismos, y otras sin seres. En ciertas extrañas circunstancias, conjetura él, puede incluso ser posible viajar entre las diferentes manzanas del huerto. Nosotros los seres humanos somos como estos seres planos. El sentido común nos dice que nuestro mundo, como su manzana, es plano y tridimensional. No importa dónde vayamos con nuestros cohetes espaciales, el universo parece plano. Sin embargo, el hecho de que nuestro universo, como el caso de la manzana, está curvado en una dimensión invisible más allá de nuestra comprensión espacial ha sido verificado experimentalmente mediante varios experimentos rigurosos. Estos experimentos, realizados sobre la trayectoria de rayos luminosos, demuestran que la luz de las estrellas es desviada cuando viaja a través del universo.
Aunque la curvatura de nuestro universo en una dimensión invisible ha sido medida experimentalmente, la existencia de agujeros de gusano y el que nuestro universo sea o no múltiplemente conexo es todavía tema de controversia científica.Según un Principio Cosmológico, ni existe un centro del universo, ni existe un borde, ya que todos los lugares del universo son iguales y tiene el mismo aspecto mires en la dirección que mires. De este modo si el universo fuese finito carecería de bordes, así pues el universo unidimensional representado por una línea recta finita, debería tener sus dos extremos o bordes unidos formando un círculo. Los puntos o entes unidimensionales podrían llegar a un mismo lugar siguiendo dos direcciones distintas. A esto se le denomina universo múltiplemente conexo. Desde Georg Bernhard Riemann, los matemáticos han estudiado las propiedades de espacios múltiplemente conexos en los que diferentes regiones de espacio y tiempo están enlazadas. Y los físicos están ahora estudiando seriamente mundos múltiplemente conexos como un modelo práctico de nuestro universo. Estos modelos son la réplica científica del espejo de Alicia. Cuando el Conejo Blanco de Lewis Carroll cae en la madriguera para entrar en el País de las Maravillas, cae de hecho en un agujero de gusano. Los agujeros de gusano pueden visualizarse con una hoja de papel. Tomamos una pieza de papel, cortamos dos agujeros en ella, y luego volvemos a conectar los dos agujeros mediante un tubo. Mientras un supuesto ser diminuto evite caminar por el interior del agujero, su mundo parecerá perfectamente normal.. Sin embargo, si el ser diminuto cae en el agujero de gusano, será transportado instantáneamente a una región diferente del espacio y el tiempo. Sólo volviendo sobre sus pasos y cayendo de nuevo en el agujero de gusano el ser diminuto podrá regresar a su mundo. Los universos paralelos pueden representarse gráficamente mediante dos planos paralelos. Normalmente, no interaccionan entre sí. Sin embargo, en ocasiones pueden abrirse agujeros de gusano o tubos entre ellos, haciendo quizá posible la comunicación y el viaje entre ellos. Aunque los agujeros de gusano proporcionan un área de investigación fascinante, quizá el concepto más intrigante que emerge de esta discusión del hiperespacio es la cuestión del viaje en el tiempo. En el film Regreso al futuro, Michael J. Fox viaja hacia atrás en el tiempo y encuentra a sus padres cuando eran adolescentes, antes de que se casaran y por lo tanto de que lo engendraran. Por desgracia, su madre se enamora de él y desdeña a su padre, planteando la espinosa cuestión de cómo nacerá él si sus padres no llegan a casarse y tener hijos.
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