Comencemos con las dimensiones que todos conocemos. En nuestra vida diaria estamos acostumbrados a las tres dimensiones del espacio: cuando miramos un objeto podemos medir su altura, anchura y profundidad. Cuando consideramos el límite de velocidades muy altas, cercanas a la velocidad de la luz en el vacío, nuestra descripción de la realidad cambia y tenemos que recurrir a la teoría especial de la relatividad de Einstein. Según esta teoría, el tiempo ya no es un invariante sino una coordenada que puede ser diferente para diferentes observadores, como es el caso de las tres dimensiones del espacio. Entonces pasaríamos del familiar espacio tridimensional a una descripción en términos de espacio-tiempo tetradimensional. Sin embargo, habría que tener un poco de cuidado, porque aun así, el tiempo no sería exactamente equivalente a las dimensiones espaciales, ya que no todos los puntos del espacio-tiempo serían accesibles desde un punto de partida, por lo que no podemos retroceder en el tiempo.
Con esta introducción, ahora podemos abordar la cuestión de si existe una quinta dimensión más allá de las cuatro dimensiones de la relatividad especial. La respuesta rápida es no. Actualmente no tenemos evidencia que indique la existencia de dimensiones adicionales y, por lo tanto, una quinta dimensión. Sin embargo, durante el último siglo se han propuesto diversas teorías con dimensiones adicionales para tratar de explicar algunos de los fenómenos físicos que no podemos explicar con los modelos y teorías actuales.
La posible existencia de dimensiones adicionales fue propuesta originalmente por el físico alemán Theodor Kaluza en 1921 con el fin de unificar la interacción gravitacional descrita en la teoría general de la relatividad con las interacciones electromagnéticas. Y para ello utilizó un modelo de espacio-tiempo de cinco dimensiones. Esta teoría fue completada unos años más tarde por el sueco Oscar Klein y se conoce como la teoría de Kaluza-Klein. En pocas palabras, sugiere que cualquier línea entre dos puntos en el espacio-tiempo podría consistir en realidad en un tubo o cilindro, cuya delgadez, mucho menor que el tamaño de un átomo, sería prácticamente invisible en nuestra escala, por lo que no habríamos sido capaces de percibir la quinta dimensión.
Posteriormente, las ideas de Kaluza-Klein se ampliaron para intentar unificar la teoría general de la relatividad con la mecánica cuántica y así obtener una teoría cuántica de la gravitación con las llamadas teorías de cuerdas. En este caso el número de dimensiones adicionales está determinado por la consistencia matemática de la teoría y es diez u once en las variantes más comunes, aunque una versión postula la existencia de veintiséis dimensiones. En estas teorías, las partículas elementales, descritas como objetos puntuales en el Modelo Estándar de la física de partículas, serían en realidad objetos unidimensionales, como cuerdas, que podrían estar abiertas o cerradas y vibrar de diferentes formas según su naturaleza.
Como ya hemos advertido en el caso de los tubos de la teoría de Kaluza-Klein, el grosor de estas cuerdas sería extremadamente pequeño, 35 órdenes de magnitud más pequeño que un metro, es decir, un metro dividido por uno seguido de 35 ceros, siendo completamente imposible observarlos en nuestra vida cotidiana. Sin embargo, la naturaleza de las cuerdas se volvería perceptible a energías muy altas, por lo que dependiendo de su tamaño específico, su efecto podría observarse en aceleradores de partículas, por ejemplo. Pero como expliqué antes, todavía no sabemos si todas estas dimensiones son reales o no. Por ahora, estas son solo sugerencias creadas para explicar cosas que aún no entendemos.
Mariam Tórtola Es profesora titular del Departamento de Física Teórica de la Universidad de Valencia e investigadoraInstituto de Física Corpuscular.
Pregunta enviada porYeckson Torrealba
Coordinación y redacción:toro victoria
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