¿Tuvo el universo primitivo sólo una dimensión espacial? Este es el interesante concepto central de una teoría que el físico Dejan Stojkovic de la Universidad de Búfalo y sus colegas propusieron en 2010. Sugirieron que el universo primitivo -que estalló desde un punto y fue muy, muy pequeño al comienzo- fue unidimensional (como una línea recta) antes de expanderse hasta incluir dos dimensiones (como un plano) y luego tres (como el mundo en que vivimos hoy).
La teoría, si es válida, daría importantes problemas a la física de partículas.
Ahora, en un nuevo artículo en Physical Review Letters, Stojkovic y el físico Jonas Mureika, de la Universidad Loyola Marymount, describen una prueba que podría probar o refutar la hipótesis de las “dimensiones desvanecidas”.
Dado que se necesita tiempo para que la luz y otras ondas viajen a la Tierra, los telescopios que observan el espacio pueden, esencialmente, mirar hacia atrás en el tiempo a medida que estudian el Universo.
Las ondas gravitacionales no pueden existir en un espacio de una o dos dimensiones. Por lo que Stojkovic y Mureika han argumentado que la Antena Espacial por Interferometría Láser (Laser Interferometer Space Antenna, LISA), un futuro observatorio gravitacional internacional, no debería detectar ondas gravitacionales emanando de las épocas de menos dimensiones del universo primitivo.
Stojkovic, profesor asistente de física, dice que la teoría de evolución de dimensiones representa un cambio radical en la manera en que pensamos sobre el cosmos, acerca de cómo nuestro universo llegó a ser lo que es hoy.
La idea central es que la dimensionalidad del espacio depende del tamaño del espacio que estamos observando, con los espacios más pequeños asociados con pocas dimensiones. Esto significa que se establecerá una cuarta dimensión -si es que aún no lo está- a medida que el Universo continúe expandiéndose.
La teoría también sugiere que el espacio tiene menos dimensiones a muy altas energías de la clase que se asocia con el universo primitivo posterior al Big Bang.
Si Stojkovic y sus colegas están en lo correcto, estarán ayudando a solucionar problemas fundamentales del modelo estándar de física de partículas, incluyendo la incompatibilidad entre mecánica cuántica y relatividad general. La mecánica cuántica y la relatividad general son marcos matemáticos que describen la física del Universo. La mecánica cuántica es buena en la descripción del Universo a escalas muy pequeñas, mientras que la relatividad es buena describiendo el Universo a grandes escalas. Actualmente, las dos teorías se consideran incompatibles; pero si el Universo, en sus niveles más pequeños, tiene menos dimensiones, haría desaparecer las discrepancias matemáticas entre los dos marcos.
Los físicos han observado que la expansión del Universo es acelerada, y no saben por qué. La adición de nuevas dimensiones a medida que el Universo crece explicaría esta aceleración. (Stojkovic dice que una cuarta dimensión puede ya existir a grandes escalas cosmológicas.)
El modelo estándar de física de partículas predice la existencia de una partícula elemental aún sin descubrir llamada Bosón de Higgs. Para las ecuaciones en el modelo estándar para describir con exactitud la física observada en el mundo real, sin embargo, los investigadores deben ajustar artificialmente la masa del bosón de Higgs para las interacciones entre partículas que tienen lugar a altas energías. Si el espacio tiene menos dimensiones a altas energías, la necesidad de esta especie de ‘afinación’ desaparece.
“Lo que estamos proponiendo aquí es un cambio en el paradigma”, dijo Stojkovic. “Los físicos han luchado contra los mismos problemas por 10, 20 y 30 años, y extensiones sencillas de las ideas existentes es probable que no los resuelvan”.
“Tenemos que tener en cuenta la posibilidad de que algo es sistemáticamente contrario a nuestras ideas”, continuó. “Necesitamos algo nuevo y radical, y esto es algo nuevo y radical”.
Dado que el despliegue previsto de la misión LISA aún está a años de distancia, podría pasar mucho tiempo antes que Stojkovic y sus colegas sean capaces de probar sus ideas de esta manera.
Sin embargo, hay evidencia experimental que ya apunta a la posible existencia de un espacio bajo en dimensiones.
Específicamente, los científicos han observado que el flujo principal de energía de las partículas de rayos cósmicos con energías que superan 1 Teraelectronvoltio -la clase de alta energía asociada con el universo muy primitivo- se alinean a lo largo de un plano bidimensional.
Si las altas energías se corresponden con un espacio de menos dimensiones, como propone la teoría de las “dimensiones desvanecidas”, los investigadores que trabajan con el acelerador de partículas conocido como Gran Colisionador de Hadrones deberían ver dispersión planar a tales energías.
Stojkovic dice que la observación de tales eventos sería “una prueba independiente muy emocionante de nuestras ideas propuestas”.
Referencia: Universe Today
