La pregunta sobre la forma del universo comenzó con la evolución misma de la humanidad. Es uno de los interrogantes básicos que intenta responder cada religión y filosofía. La aparición de la Física como ciencia aportó un concepto que utilizamos a menudo pero cuyo significado no es sencillo de comprender: las dimensiones.

Cuántas hay y cómo funcionan para darle forma al universo, son preguntas fundamentales para algunas teorías científicas de las que daremos una breve reseña.

¿Qué es una dimensión?

La palabra dimensión se utiliza para nombrar cosas diferentes. En matemáticas existen varios usos, cada uno con su definición y su utilidad particular. En ficción la dimensión está relacionada con realidades alternativas. Pero de la dimensión de la que se habla aquí es de aquella sobre las que se sostiene el mundo como lo experimentamos en el día a día.

La dimensión es, por definición, “un grado de libertad para realizar un movimiento en el espacio-tiempo”.

¿Qué significa esto? Dadas las cuatro dimensiones en las que se desarrolla nuestra realidad, tenemos cuatro grados de libertad, es decir, cuatro ejes sobre los cuales nos movemos. Estos son el eje x (al que podríamos simplificar llamándolo el eje derecha – izquierda), el eje y (arriba – abajo), el eje z (atrás – adelante) y el eje t (pasado – futuro).

Einstein y el tiempo como dimensión

En 1687, con la publicación de los Philosophiae naturalis principia mathematica, Isaac Newton describió la ley de gravitación universal y estableció las bases de la Mecánica Clásica. Fue el primero en explicar con rigurosidad científica la forma en la que se movían los planetas.

De acuerdo a Newton, el tiempo era universal para todos los objetos sin importar los movimientos relativos entre ellos, por lo tanto no era una dimensión.

Fue Einstein quien superó esta visión. Su teoría general de la relatividad, publicada en 1915, trata al tiempo como una coordenada en un espacio-tiempo unificado.

Si el tiempo es una coordenada, para describir un punto en el espacio-tiempo necesitamos cuatro valores, y a los valores espaciales (x, y, z) se le sumó la coordenada t.

La cuarta o quinta dimensión

La existencia de dimensiones que estuvieran fuera del alcance de la percepción humana fue una especulación inevitable. Después de todo, cualquier mente curiosa se puede preguntar por qué el número de dimensiones es cuatro y no otro.

En principio, con el conocimiento popular de las tres dimensiones clásicas, a esta dimensión no observable se la llamó la cuarta dimensión. Con la aceptación del tiempo en ese cuarto lugar, la dimensión desconocida pasó a ser la quinta dimensión.

En matemáticas sí es posible formular la existencia de una dimensión extra. Los interesados pueden encontrar una amena y simple explicación de Carl Sagan que ilustra su gran capacidad de divulgador científico.

La teoría de las cuerdas: 26, 10, y 11 dimensiones

La teoría de la relatividad triunfó porque explicó el funcionamiento del universo de forma más amplia y exacta que las teorías de Newton. Pero no abarcó a todos los fenómenos físicos.

Con el aumento en el conocimiento del átomo se puso en evidencia que las partículas de materia más pequeñas conocidas (las partículas subatómicas) no se comportaban igual que el resto del universo.

El mismo Einstein, apoyado en los trabajos de Max Plank, buscó la explicación a estos comportamientos diferentes y ayudó al nacimiento de una teoría cuántica. A partir de 1925 científicos como Heinsenberg, Schrödinger y Dirac formularon los principios de la mecánica cuántica.

Con estos dos grandes conjuntos teóricos conviviendo, el paso siguiente fue un intento de unificar a la relatividad y la mecánica cuántica, que es el fin de lo que se conoce en general como teoría de las cuerdas.

Lo novedoso para el concepto de dimensión es que existen varias teorías de las cuerdas, y en ellas la cantidad varía. La primera, conocida como teoría bosónica, requería de 25 dimensiones espaciales y una temporal. Las reformulaciones posteriores plantearon modelos de 10 y 11 dimensiones.

Dimensiones ínfimas o gigantescas

¿Cómo encajar el mundo relativo de cuatro dimensiones con el mundo cuántico de diez u once? Este problema teórico intenta resolver la teoría de las cuerdas.

Hasta ahora se han propuesto dos soluciones. La primera es enrollar las dimensiones restantes en un ínfimo espacio propio. En esta propuesta se utiliza la construcción matemática conocida como variedad de Calabi Yau para representar a las partículas subatómicas.

La segunda piensa exactamente al revés y formula dimensiones gigantescas, pero restringe toda la materia y gravedad en un subespacio llamado 3-brana (palabra derivada de membrana). Por lo tanto habría infinitos universos paralelos, cada uno flotando en una ondulada brana en permanente movimiento.

Nuestra acotada realidad

Aún no se sabe que camino seguirá la teoría de las cuerdas, que aún pelea por ocupar un lugar dentro de la Física. La humanidad continúa en su acotado viaje entre las limitantes cuatro dimensiones, mientras científicos y soñadores buscan una salida a la trampa del tiempo y del espacio.