Como cambiaría el Universo si le agregáramos una dimensión adicional?
Comenzó con un estallido
El Universo esta ahí esperando a que lo descubras
Buscando la Cuarta Dimensión, por Salvador Dalí, explora la búsqueda de la humanidad por una dimensión adicional para nuestro Universo. Crédito de la imágen: Salvador Dali, 1979
original por Ethan Siegel, escritor Abril 14, 2017
Las Opiniones expresadas por el autor son exclusivamente de él.
Imagine, si usted tiene la habilidad de moverse en una dimensión extra: una más allá de arriba-abajo, norte-sur, este-oeste. Que hay una dirección independiente más allá de nuestras nociones de los ejes x, y, y z. Y así hagámoslo más interesante para usted: imagine que usted está solo en el mundo en el que puede acceder a esta cuarta dimensión. Para alguien en un mundo de tres dimensiones, usted sería capaz de hacer algunas cosas locas que podría – en muchas maneras – hacer que usted pareciera un ser divino:
Como es esto posible? Es la misma idea como si usted — una criatura en 3D — estuviera interactuando con una criatura de un Universo de 2D.
La casa de la Diversión con formas coloridas de Mickey Mouse, es un ejemplo de un Universo 2D. Como criaturas 3D, podemos alterar su realidad a voluntad. Crédito de la imagen: Jim, the Photographer / flickr
Usted podría ser una divinidad, tal y como un niño podría estar en un Universo lleno de etiquetas con formas coloridas pegadas en una hoja de papel. Desde la perspectiva de nuestra extra (tercera) dimensión espacial, podríamos alcanzar dentro de cualquiera de las criaturas 2D y movernos dentro y alrededor e incluso cortarlas. Podríamos voltearlas desde dentro hacía afuera, o invertir su izquierda y su derecha. Podríamos sacarlos hacía arriba desde su Universo y luego bajarlos y colocarlos en cualquier otro lugar.
Y si nosotros mismos criaturas 3D, decidimos entrar en su Universo 2D, nosotros tendríamos un visión extraña, donde solo podríamos ver “rebanadas 2D” de nosotros en cualquier momento dado. Cuando nos movemos hacía abajo a través de su “rebanada” de espacio:
El cerebro y la cabeza de un humano adulto masculino, como se muestra en rebanadas desde un CT scan. Las rodajas son como usted las percibe desde un Universo en 2D. Crédito de la imagen: Dale Mahalko of Wikimedia Commons
Afortunadamente, no hay criaturas 4D habitando nuestro Universo, por que ellas parecerían desafiando la física como si fueran entidades divinas. Pero si en lugar de nosotros hubiera criaturas de más altas dimensiones en nuestro Universo, el Universo mismo tendría entonces, muchas más dimensiones que las que tiene ahora? Me gustaría decir que esto es algo posible; ha sido demostrado que nuestro Universo pudo haber tenido más dimensiones en el pasado.
El primer documento que mostró que dimensiones adicionales podrían haber existido en el Universo primitivo y que serían imperceptibles hoy fue Chodos and Detweiler in 1980. Crédito de la imágen: Chodos and Detweiler, Phys. Rev. D., 21, 8 (1980)
Es relativamente sencillo, en el contexto de la relatividad general, construir espaciotiempos en donde el número de “dimensiones” (por ejemplo macróscopicas) cambien con el tiempo. No solo podría haber tenido dimensiones adicionales grandes en el pasado, si no que podría tener una adicional en el futuro, o podría incluso construir un espaciotiempo donde el número de estas oscilase, y se volviera más grande y más pequeño y más grande otra vez con el tiempo
Las implicaciones físicas son asombrosas de un cubo en 3D: podemos tener un Universo en donde la cuarta — o una extra — dimensión espacial comienza a aparecer.
La cuarta dimensión análoga de un cubo en 3Des uno de 8 celdas (izquierda); las 24 celdas (derecha) no tiene un análogo en 3D, las dimensiones extras traen con ellas posibilidades adicionales. Crédito del imagen: Jason Hise with Maya and Macromedia Fireworks
Como podría ser esto? No pensamos de forma normal en esto, pero las cuatro fuerzas fundamentales — gravedad, electromagnetismo, y las dos fuerzas nucleares — solo tienen las propiedades y fortalezas que ellas muestran por que existen en el Universo las dimensiones que tiene. Si redujéramos o incrementáramos el número de dimensiones, cambiáramos la forma, por ejemplo, en que se extienden las lineas de fuerza.
Esto podría ser catastrófico si el electromagnetismo o las fuerzas nucleares fueran afectadas inmediatamente, como los átomos y los núcleos atómicos podrían desligarse, cambiar drásticamente de tamaño, o de otra forma crear una masa sin ningún enlace ni estructura (como los humanos) que dependen de ellos.
Las fortalezas de las fuerzas, como el electromagnetismo, es increíblemente importante para la química y los sistemas biológicos, por no mencionar los muy sensibles sistemas físicos. Los más ligeros cambios en esta, pueden tener enormes consecuencias, y la cuarta dimensión podría conducir a cambios para nada pequeños. Crédito de la imagen: Paul Falstad’s 3-D Vector Fields Applet
Aquí es como esto podría funcionar. Considere un átomo, en donde los electrones orbitan un núcleo cargado, o dentro de un núcleo atómico mismo. El núcleo de los átomos están formados de los mismos bloques de construcción de toda la materia que constituye nuestro mundo, y son de escalas extremadamente pequeñas: los ångströms para los átomos (10^-10 metros), y los fentómetros (10^-15 metros) para los núcleos. Si usted permite que esas fuerzas se “desangren” hacía la otra dimensión espacial, lo cual podría hacer que esa dimensión alcanzara un tamaño lo suficientemente grande, tal que las fuerzas que las gobiernan podrían cambiar.
En general, esas fuerzas tienen más “espacio” para dispersarse en ella, queriendo decir que se vuelven más débiles con la distancia mucho más rápido si hay más dimensiones. Para el núcleo el cambio podría no ser tan malo: los tamaños del núcleo podrían ser ligeramente más grandes, y algunos núcleos cambiarían su estabilidad, unos llegarían a ser radiactivos y los que tenían radiactividad podrían llegar a ser estables. Esta parte no es tan mala. Pero el funcionamiento del electromagnetismo podría ser muy problemático.
Los orbitales atómicos en su estado fundamental (arriba a la izquierda), junto a los siguientes estados de energía en la medida en que progresa hacía la derecha y luego hacía abajo. Esas configuraciones fundamentales gobiernan como los átomos se comportan y ejercen fuerzas inter atómicas. Crédito de la imagen: Wikipedia page on Atomic Orbitals
Imagine lo que podría suceder si de repente todas las fuerzas que unen a los electrones al núcleo llegan a ser más débiles. Si hubiera un cambio en como la interacción fuerte era. Uno no piensa en esto, pero a nivel molecular, la única cosa que lo mantiene a usted sólidamente unido son los relativamente débiles enlaces entre los electrones y el núcleo. Si usted cambia esta fuerza, usted cambiará la configuración de todo. Las enzimas se desnaturalizarían; las proteínas cambiarían sus formas; las puertas que ligan las neuronas no estarían juntas nunca más; el ADN no podría codificar las moléculas para las que fue designado a codificar.
En otras palabras, si la fuerza electromagnética cambiara debido a que la fuerza hizo su viaje a través de la dimensión espacial agrandada que alcanzara la escala de los Angströms o más, los seres húmanos tendría sus cuerpos desactivados y morirían.
Los enlaces de las células Q son canales esenciales con múltiples aplicaciones biológicas, y son particularmente necesarias para que el cuerpo humano funcione. Con una gran cuarta dimensión grande, estas células dejarían de funcionar. Crédito de la imagen: Biolin Scientific
Pero no toda esperanza esta perdida! Hay muchos modelos por ahí — en su mayoría inspirados en la teoría de cuerdas — en donde esas fuerzas, las electromagnéticas y las nucleares, están confinadas a tres dimensiones. Sólo la gravedad, entonces, sería capaz de navegar a través de la cuarta dimensión. Lo que esto significaría para nosotros, ya que la cuarta dimensión surgió y creció en tamaño (y por lo tanto, en sus efectos), es que la gravedad comenzaría a "sangrar" dentro de esa dimensión extra. Y por lo tanto, los objetos experimentarían una menor atracción de la que estamos acostumbrados.
Esto comenzaría a producir una serie de “raros” comportamientos.
Una representación generada por computadoras de una acumulación de escombros que forman un asteroide con escombros sueltos circundantes. Basado en un modelo 3D de asteroides de Itokawa por Doug Ellison, y con información obtenida de NASA-JPL. Crédito de la imagen: Kevin Gill / flickr
Los asteroides, al principio — son perdidos de su unión al girar rápidamente — podrían apartarse, en la medida en que su gravedad se vuelve insuficiente para contener todas esas rocas y granos en sus superficies. Los cometas, cuando se acercan al Sol podrían evaporarse más fácilmente y desarrollarían unas colas más espectaculares. Y si la cuarta dimensión crece lo suficientemente grande, las fuerzas de gravedad de la Tierra disminuirían tremendamente, causando que nuestro planeta se vuelva más grande, particularmente en la zona del ecuador.
Las personas que viven cerca de los polos sentirían que su ambiente tiene una gravedad reducida, pero la gente que viviera en el ecuador estaría en peligro de ser lanzados al espacio. En un nivel macro, la famosa Ley de la Gravedad de Newton — la ley del reciproco del cuadrado — podría de manera súbita llegar a ser la ley del reciproco del cubo, disminuyendo mucho más rápido con la distancia.
Si la dimensión crece tan grande como a distancia entre la Tierra y el Sol, de hecho todo en nuestro Sistema Solar quedaría desligado. Y si esto dura por más de unos pocos días dentro de un año — incluso si la gravedad volviera a la normalidad las otras 50 semanas — nuestro Sistema Solar se disociaría completamente en solo un siglo.
Si una cuarta dimensión fuera lo suficientemente grande, el sistema solar se disociaría en la medida en que la ley de fuerza gravitatoria cambiaba para hacer órbitas elípticas alrededor del Sol fundamentalmente inestables. Crédito de la imagen: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute (JHUAPL/SwRI)
Tendríamos períodos en los que en la Tierra no solo percibiríamos una forma adicional de movernos en una dirección a través del espacio donde habría una dirección adicional a arriba-abajo, izquierda-derecha, y adelante-atrás, sino que as propiedades de la gravedad cambiarían radicalmente y no para mejorar. Mientras las competencias de salto alto y salto largo nunca volverían a ser las mismas, las consecuencias para el Universo estable que tanto apreciamos podrían ser apocalípticas.
Una dimensión adicional, siempre que se mantuviera en una escala lo suficientemente pequeña, poco se notaría, particularmente si el electromagnetismo permanece confinado a las tres dimensiones. Pero si la cuarta dimensión creciera lo suficiente podríamos movernos a través de ella? El planeta mismo e incluso las estrellas, las galaxias y todo el Universo – estaría en peligro. Por el breve período de tiempo que experimentamos esto, podría ser una experiencia que nunca habríamos tenido antes. Pero casi de manera inmediata el Universo podría ser destruido completamente. Debemos ser cuidadosos con lo que deseamos.
Comenzó con un estallido
El Universo esta ahí esperando a que lo descubras
Buscando la Cuarta Dimensión, por Salvador Dalí, explora la búsqueda de la humanidad por una dimensión adicional para nuestro Universo. Crédito de la imágen: Salvador Dali, 1979
original por Ethan Siegel, escritor Abril 14, 2017
Las Opiniones expresadas por el autor son exclusivamente de él.
Imagine, si usted tiene la habilidad de moverse en una dimensión extra: una más allá de arriba-abajo, norte-sur, este-oeste. Que hay una dirección independiente más allá de nuestras nociones de los ejes x, y, y z. Y así hagámoslo más interesante para usted: imagine que usted está solo en el mundo en el que puede acceder a esta cuarta dimensión. Para alguien en un mundo de tres dimensiones, usted sería capaz de hacer algunas cosas locas que podría – en muchas maneras – hacer que usted pareciera un ser divino:
- usted podría tele-transportarse de una posición a otra, desapareciendo de un lugar y reapareciendo en algún otro lugar,
- usted podría re-localizar o remover algunos de sus órganos internos, realizar cirugías sin necesidad de cortar a alguien la piel,
- o, usted podría simplemente remover a alguien del Universo 3D en que el está habitando, y luego colocarlo en algún otro lugar (o no) en su fantasía.
Como es esto posible? Es la misma idea como si usted — una criatura en 3D — estuviera interactuando con una criatura de un Universo de 2D.
La casa de la Diversión con formas coloridas de Mickey Mouse, es un ejemplo de un Universo 2D. Como criaturas 3D, podemos alterar su realidad a voluntad. Crédito de la imagen: Jim, the Photographer / flickr
Usted podría ser una divinidad, tal y como un niño podría estar en un Universo lleno de etiquetas con formas coloridas pegadas en una hoja de papel. Desde la perspectiva de nuestra extra (tercera) dimensión espacial, podríamos alcanzar dentro de cualquiera de las criaturas 2D y movernos dentro y alrededor e incluso cortarlas. Podríamos voltearlas desde dentro hacía afuera, o invertir su izquierda y su derecha. Podríamos sacarlos hacía arriba desde su Universo y luego bajarlos y colocarlos en cualquier otro lugar.
Y si nosotros mismos criaturas 3D, decidimos entrar en su Universo 2D, nosotros tendríamos un visión extraña, donde solo podríamos ver “rebanadas 2D” de nosotros en cualquier momento dado. Cuando nos movemos hacía abajo a través de su “rebanada” de espacio:
- Nosotros apareceríamos primero como la impresión de dos pies,
- eventualmente dando lugar a dos círculos (piernas) en la medida en que bajamos hasta su Universo,
- los círculos podrían crecer uniéndose hasta convertirse en algo parecido a una elipse, (cintura)
- entonces más círculos podrían aparecer alrededor de este (dedos),
- Creciendo en dos grandes círculos (manos y brazos) junto y a los lados de la elipse,
- Entonces todos se fusionan en uno sola gran sección en nuestros hombros,
- Y luego se encogen, crecen y desaparecen en nuestros cuellos y cabezas.
El cerebro y la cabeza de un humano adulto masculino, como se muestra en rebanadas desde un CT scan. Las rodajas son como usted las percibe desde un Universo en 2D. Crédito de la imagen: Dale Mahalko of Wikimedia Commons
Afortunadamente, no hay criaturas 4D habitando nuestro Universo, por que ellas parecerían desafiando la física como si fueran entidades divinas. Pero si en lugar de nosotros hubiera criaturas de más altas dimensiones en nuestro Universo, el Universo mismo tendría entonces, muchas más dimensiones que las que tiene ahora? Me gustaría decir que esto es algo posible; ha sido demostrado que nuestro Universo pudo haber tenido más dimensiones en el pasado.
El primer documento que mostró que dimensiones adicionales podrían haber existido en el Universo primitivo y que serían imperceptibles hoy fue Chodos and Detweiler in 1980. Crédito de la imágen: Chodos and Detweiler, Phys. Rev. D., 21, 8 (1980)
Es relativamente sencillo, en el contexto de la relatividad general, construir espaciotiempos en donde el número de “dimensiones” (por ejemplo macróscopicas) cambien con el tiempo. No solo podría haber tenido dimensiones adicionales grandes en el pasado, si no que podría tener una adicional en el futuro, o podría incluso construir un espaciotiempo donde el número de estas oscilase, y se volviera más grande y más pequeño y más grande otra vez con el tiempo
Las implicaciones físicas son asombrosas de un cubo en 3D: podemos tener un Universo en donde la cuarta — o una extra — dimensión espacial comienza a aparecer.
La cuarta dimensión análoga de un cubo en 3Des uno de 8 celdas (izquierda); las 24 celdas (derecha) no tiene un análogo en 3D, las dimensiones extras traen con ellas posibilidades adicionales. Crédito del imagen: Jason Hise with Maya and Macromedia Fireworks
Como podría ser esto? No pensamos de forma normal en esto, pero las cuatro fuerzas fundamentales — gravedad, electromagnetismo, y las dos fuerzas nucleares — solo tienen las propiedades y fortalezas que ellas muestran por que existen en el Universo las dimensiones que tiene. Si redujéramos o incrementáramos el número de dimensiones, cambiáramos la forma, por ejemplo, en que se extienden las lineas de fuerza.
Esto podría ser catastrófico si el electromagnetismo o las fuerzas nucleares fueran afectadas inmediatamente, como los átomos y los núcleos atómicos podrían desligarse, cambiar drásticamente de tamaño, o de otra forma crear una masa sin ningún enlace ni estructura (como los humanos) que dependen de ellos.
Las fortalezas de las fuerzas, como el electromagnetismo, es increíblemente importante para la química y los sistemas biológicos, por no mencionar los muy sensibles sistemas físicos. Los más ligeros cambios en esta, pueden tener enormes consecuencias, y la cuarta dimensión podría conducir a cambios para nada pequeños. Crédito de la imagen: Paul Falstad’s 3-D Vector Fields Applet
Aquí es como esto podría funcionar. Considere un átomo, en donde los electrones orbitan un núcleo cargado, o dentro de un núcleo atómico mismo. El núcleo de los átomos están formados de los mismos bloques de construcción de toda la materia que constituye nuestro mundo, y son de escalas extremadamente pequeñas: los ångströms para los átomos (10^-10 metros), y los fentómetros (10^-15 metros) para los núcleos. Si usted permite que esas fuerzas se “desangren” hacía la otra dimensión espacial, lo cual podría hacer que esa dimensión alcanzara un tamaño lo suficientemente grande, tal que las fuerzas que las gobiernan podrían cambiar.
En general, esas fuerzas tienen más “espacio” para dispersarse en ella, queriendo decir que se vuelven más débiles con la distancia mucho más rápido si hay más dimensiones. Para el núcleo el cambio podría no ser tan malo: los tamaños del núcleo podrían ser ligeramente más grandes, y algunos núcleos cambiarían su estabilidad, unos llegarían a ser radiactivos y los que tenían radiactividad podrían llegar a ser estables. Esta parte no es tan mala. Pero el funcionamiento del electromagnetismo podría ser muy problemático.
Los orbitales atómicos en su estado fundamental (arriba a la izquierda), junto a los siguientes estados de energía en la medida en que progresa hacía la derecha y luego hacía abajo. Esas configuraciones fundamentales gobiernan como los átomos se comportan y ejercen fuerzas inter atómicas. Crédito de la imagen: Wikipedia page on Atomic Orbitals
Imagine lo que podría suceder si de repente todas las fuerzas que unen a los electrones al núcleo llegan a ser más débiles. Si hubiera un cambio en como la interacción fuerte era. Uno no piensa en esto, pero a nivel molecular, la única cosa que lo mantiene a usted sólidamente unido son los relativamente débiles enlaces entre los electrones y el núcleo. Si usted cambia esta fuerza, usted cambiará la configuración de todo. Las enzimas se desnaturalizarían; las proteínas cambiarían sus formas; las puertas que ligan las neuronas no estarían juntas nunca más; el ADN no podría codificar las moléculas para las que fue designado a codificar.
En otras palabras, si la fuerza electromagnética cambiara debido a que la fuerza hizo su viaje a través de la dimensión espacial agrandada que alcanzara la escala de los Angströms o más, los seres húmanos tendría sus cuerpos desactivados y morirían.
Los enlaces de las células Q son canales esenciales con múltiples aplicaciones biológicas, y son particularmente necesarias para que el cuerpo humano funcione. Con una gran cuarta dimensión grande, estas células dejarían de funcionar. Crédito de la imagen: Biolin Scientific
Pero no toda esperanza esta perdida! Hay muchos modelos por ahí — en su mayoría inspirados en la teoría de cuerdas — en donde esas fuerzas, las electromagnéticas y las nucleares, están confinadas a tres dimensiones. Sólo la gravedad, entonces, sería capaz de navegar a través de la cuarta dimensión. Lo que esto significaría para nosotros, ya que la cuarta dimensión surgió y creció en tamaño (y por lo tanto, en sus efectos), es que la gravedad comenzaría a "sangrar" dentro de esa dimensión extra. Y por lo tanto, los objetos experimentarían una menor atracción de la que estamos acostumbrados.
Esto comenzaría a producir una serie de “raros” comportamientos.
Una representación generada por computadoras de una acumulación de escombros que forman un asteroide con escombros sueltos circundantes. Basado en un modelo 3D de asteroides de Itokawa por Doug Ellison, y con información obtenida de NASA-JPL. Crédito de la imagen: Kevin Gill / flickr
Los asteroides, al principio — son perdidos de su unión al girar rápidamente — podrían apartarse, en la medida en que su gravedad se vuelve insuficiente para contener todas esas rocas y granos en sus superficies. Los cometas, cuando se acercan al Sol podrían evaporarse más fácilmente y desarrollarían unas colas más espectaculares. Y si la cuarta dimensión crece lo suficientemente grande, las fuerzas de gravedad de la Tierra disminuirían tremendamente, causando que nuestro planeta se vuelva más grande, particularmente en la zona del ecuador.
Las personas que viven cerca de los polos sentirían que su ambiente tiene una gravedad reducida, pero la gente que viviera en el ecuador estaría en peligro de ser lanzados al espacio. En un nivel macro, la famosa Ley de la Gravedad de Newton — la ley del reciproco del cuadrado — podría de manera súbita llegar a ser la ley del reciproco del cubo, disminuyendo mucho más rápido con la distancia.
Si la dimensión crece tan grande como a distancia entre la Tierra y el Sol, de hecho todo en nuestro Sistema Solar quedaría desligado. Y si esto dura por más de unos pocos días dentro de un año — incluso si la gravedad volviera a la normalidad las otras 50 semanas — nuestro Sistema Solar se disociaría completamente en solo un siglo.
Si una cuarta dimensión fuera lo suficientemente grande, el sistema solar se disociaría en la medida en que la ley de fuerza gravitatoria cambiaba para hacer órbitas elípticas alrededor del Sol fundamentalmente inestables. Crédito de la imagen: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute (JHUAPL/SwRI)
Tendríamos períodos en los que en la Tierra no solo percibiríamos una forma adicional de movernos en una dirección a través del espacio donde habría una dirección adicional a arriba-abajo, izquierda-derecha, y adelante-atrás, sino que as propiedades de la gravedad cambiarían radicalmente y no para mejorar. Mientras las competencias de salto alto y salto largo nunca volverían a ser las mismas, las consecuencias para el Universo estable que tanto apreciamos podrían ser apocalípticas.
Una dimensión adicional, siempre que se mantuviera en una escala lo suficientemente pequeña, poco se notaría, particularmente si el electromagnetismo permanece confinado a las tres dimensiones. Pero si la cuarta dimensión creciera lo suficiente podríamos movernos a través de ella? El planeta mismo e incluso las estrellas, las galaxias y todo el Universo – estaría en peligro. Por el breve período de tiempo que experimentamos esto, podría ser una experiencia que nunca habríamos tenido antes. Pero casi de manera inmediata el Universo podría ser destruido completamente. Debemos ser cuidadosos con lo que deseamos.