michio kaku - una odisea cientifica en la decima dimension

8/3/2019 Michio Kaku - Una Odisea Cientifica en La Decima Dimension

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HIPERESPACIO :UNA ODISEA CIENTFICA A TRAVSDE LA DCIMA DIMENSIN

Dr. Michio KakuTraduccin de Gonzalo Pavillard

El Dr. Michio Kaku es profesor de fsica terica en el CUNY Graduate Center y elCCNY. Este artculo es una adaptacin de su best-seller "Hiperespacio : Una OdiseaCientfica a travs de Universos Paralelos, Curvas del Tiempo y la Dcima Dimensin".

IntroduccinExisten dimensiones superiores? Estn los mundos invisibles ms all de nuestroalcance, ms all de las leyes corrientes de la fsica ? Aunque las dimensionessuperiores hayan sido histricamente cosa de charlatanes, msticos y de escritores deciencia ficcin, muchos fsicos tericos creen ahora, no solo que las dimensionessuperiores existen, sino que adems pueden llegar a explicar algunos de los msprofundos secretos de la naturaleza. Aunque queremos aclarar que no existenevidencias experimentales de la existencia de dimensiones superiores, en principio,pueden llegar a resolver el problema esencial de la fsica : la unificacin final de todo elconocimiento fsico a un nivel fundamental.

Mi propia fascinacin con las dimensiones superiores comenz pronto durante miinfancia. En uno de mis ms felices recuerdos de la infancia permaneca agachado junto al estanque del Jardn del Te Japons de San Francisco, contemplando

hipnotizado las carpas de colores nadando suavemente bajo los nenfares. En esosmomentos de calma, me hacia una pregunta tonta que solo un nio podra hacerse : como ven las carpas en aquel estanque el mundo que les rodea ?. Habiendo pasandosu vida entera dentro de aquel estanque, las carpas creeran que su universo consistede agua y de nenfares ; solo vagamente conscientes de la posibilidad que un mundoextrao existiese justo por encima de la superficie.

Mi mundo escapaba a su comprensin. Me intrigaba que pudiese estar a solo unoscentmetros de las carpas y que al mismo tiempo estuvisemos separados por unabismo. Conclu que si hubiese algn cientfico entre las carpas se mofara decualquier pez que propusiese que un mundo paralelo podra existir por encima de los

nenfares. Un mundo invisible ms all del estanque no tendra sentido para la ciencia.

Una vez imagin qu ocurrira si de repente agarrase una de las carpas cientfico y lasacase fuera del estanque. Que pensara la carpa ? La sorprendida carpa cientficocontara una historia realmente increble. Habiendo sido de alguna forma sacada fueradel universo (el estanque) adentro de un misterioso mundo vacuo, otra dimensin conluces cegadoras y objetos de extraas formas como nunca ninguna carpa haba vistocon anterioridad. Lo ms extrao de todo era la masiva criatura responsable de aquelatropello, que no se pareca en nada a un pez. Sorprendentemente, no tena aletas ninada parecido y sin embargo poda moverse sin ellas. Obviamente las leyes

normales de la fsica no eran aplicables en aquel extrao mundo ! !


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Durante aos me imagin que ramos como las carpas en aquel estanque, vivimosnuestras vidas felizmente, ignorando otros mundos que posiblemente coexisten connosotros, rindonos ante cualquier sugerencia de un mundo invisible.

La Teora del Todo

Todo esto ha cambiado dramticamente en los ltimos aos. La teora de un espaciodimensional superior, antes relegado al mbito de los charlatanes y los msticos,puede llegar a convertirse en la pieza central a la hora de descifrar el misterio delorigen del universo. En el centro de esta revolucin conceptual est la idea de quenuestro familiar universo tridimensional es demasiado pequeo para poder demostrarla mirada de fuerzas que gobiernan el universo. El conocimiento detallado de nuestrouniverso fsico llena bibliotecas enteras con montaas de diarios tcnicos y montonesde libros oscuros y eruditos. Algunos creen que el objetivo ltimo de la fsica es

obtener una ecuacin o expresin a partir de la cual toda esta voluminosa informacinpueda ser derivada desde primeros principios.

Hoy, muchos cientficos creen haber encontrado el campo terico unificado que eludia Einstein en los 30 ltimos aos de su vida. La llave consiste en expresar las leyes dela fsica en un espacio dimensional superior, donde las leyes se hacen simples,unificadas, y elegantes, que encajan como las piezas de un puzzle. Aunque la teorade un espacio dimensional superior no ha sido verificada (de hecho, seriaincreblemente costoso demostrarla experimentalmente) ya se han publicado ms de5.000 escritos relacionados con la teora de las dimensiones superiores, empezandocon el trabajo pionero de Kaluza y Klein en los aos 20 y 30 hasta las teoras de lasupergravedad de los 70 para llegar finalmente a la superstring theory de los 80 y 90.De hecho, la superstring theory, que postula que la materia consiste de pequeoscordeles vibrando en el hiperespacio, predice el nmero exacto de dimensiones delespacio y del tiempo : 10.

Por qu no podemos ver la Cuarta Dimensin ?

Para entender estas dimensiones superiores recordamos que son necesarios tresnmeros para localizar cualquier objeto en el universo. Por ejemplo, si quieres quedarcon unos amigos en Manhattan, os citis en el edificio de la esquina entre la calle 42 yla Quinta avenida, en el piso 37. Necesitas dos nmeros para localizar tu posicin enun mapa, y otro nmero para especificar tu localizacin sobre el mismo. Si os habiscitado a las 10 de la noche, entonces se necesitan cuatro nmeros para especificar elespacio y el tiempo de la cita.

Aunque lo intentemos, a nuestro cerebro le es imposible visualizar la cuarta dimensinespacial. Las computadoras, por supuesto, no tienen problema para trabajar en unespacio dimensional N, pero las dimensiones espaciales ms all de tres sonsimplemente imposibles de conceptuar para nuestros cerebros. (La razn de estedesafortunado accidente tiene ms que ver con la biologa que con la fsica. Laevolucin del hombre puso como prioridad el ser capaz de visualizar objetos


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movindose en tres dimensiones. Haba una presin de seleccin sobre los humanosque pudiesen esquivar el ataque de un tigre con colmillos de sable o acertar con unalanza a un mamut lanzado a la carga. Dado que los tigres no nos atacan en la cuartadimensin espacial, simplemente no haba ninguna ventaja en desarrollar un cerebrocon la habilidad para visualizar objetos movindose en cuatro dimensiones).

Encontrarse con un Ser de una Dimensin Superior

Para entender alguna de las inconcebibles nociones sobre dimensiones superiores,imagina un mundo de dos dimensiones, llamado Planolandia (Flatland en el originalcomo en la novela de Edwin A. Abbot) que se parece a un mundo que existe en latabla de una mesa. Si un habitante de Planolandia se pierde, podemos registrarrpidamente todo planolandia, mirando directamente dentro de las casas, edificios eincluso en los sitios ms escondidos. Si un habitante de Planolandia se pone enfermo,podemos llegar a su interior para operar, sin llegar siquiera a cortar su piel. Si un

habitante de Planolandia es encarcelado (un crculo que lo rodea) podemossimplemente levantarlo de Planolandia dentro de la tercera dimensin para volver acolocarlo en otra parte. Si metemos los dedos y los brazos en Planolandia , loshabitantes de Planolandia solo vern crculos de carne a su alrededor, constantementecambiando de forma fundindose con otros crculos. Y finalmente si traemos a unhabitante de Planolandia a nuestro mundo de tres dimensiones, solo vera seccionesbidimensionales, una fantasmagora de crculos, cuadrados, etc. cambiando de formaconstantemente y fundindose unos con otros.

Ahora imagina que somos habitantes tridimensionales de Planolandia siendo visitadospor un ser de una dimensin superior. Si nos perdemos, un ser de estascaractersticas puede registrar de un vistazo el universo entero, mirando dentro inclusode los ms recnditos escondrijos. Si nos ponemos enfermos, un ser as podra operaren nuestro interior sin necesidad de tocar siquiera nuestra piel. Si estuvisemos enuna prisin de mxima seguridad, podra sacarnos a una dimensin superior paracolocarnos de vuelta en algn otro lugar. Si un ser de una dimensin superior metesus dedos en nuestro universo, apareceran como informes masas de carne sobrenosotros que constantemente se juntan y dividen. Y finalmente, si fusemos lanzadosal hiperespacio, veramos una serie de esferas, masas informes y poliedros cambiandode forma y color que aparecen y desaparecen misteriosamente.

De esta manera, la gente de dimensiones superiores tendra poderes parecidos a losde un Dios : podran caminar a travs de las paredes, podran aparecer y desaparecer

segn su voluntad igual que podran ver a travs de los edificios. Serian omniscientesy omnipotentes. No es raro, por tanto, que esta especulacin sobre la existencia dedimensiones superiores haya provocado un enorme inters literario y artstico a lolargo de los ltimos cien aos.

Msticos y Matemticos

En Los Hermanos Karamazov, Fyodor Dostoyevsky hace que su protagonista, IvanKaramazov especule con la existencia de dimensiones superiores y geometras no-euclidianas durante una discusin sobre la existencia de Dios. En la novela de H.G.

Wells, "El Hombre Invisible", la fuente de la invisibilidad era su habilidad paramanipular la cuarta dimensin. Oscar Wilde, en su novela "El Fantasma de Canterville"


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se refiere a la cuarta dimensin como el mundo donde habitan los fantasmas. Lacuarta dimensin aparece tambin en las obras de Marcel Proust y Joseph Conrad ;inspir algunas de las obras musicales de Alexander Scriabim, Edgar Varege y GeorgeAntheil. Fascin a personalidades tan dispares como el psiclogo William James, lafigura literaria Gertrude Stein o el revolucionario socialista Vladimir Lenin. Lenin inclusosostuvo una polmica sobre N dimensiones con el filsofo Ernst Mach en suMaterialismo y Empiro-criticismo. Lenin alab a Mach, quien propuso la muy til eimportante cuestin del espacio de N dimensiones como un espacio concebible,aunque luego le censurase al insistir que el Zar solo poda ser derrocado en la terceradimensin.

La cuarta dimensin ha tenido un efecto considerable en la evolucin del arte moderno.La historiadora de arte, Linda Henderson comenta que la cuarta dimensin y lageometra no euclidiana surgen como uno de los temas ms importantes, unificandogran parte del arte moderno. Los artistas han estado particularmente interesados en lacuarta dimensin por las posibilidades de descubrir nuevas leyes de perspectiva. En laEdad Media, el arte religioso se distingua por su deliberada falta de perspectiva. Los

siervos, campesinos y reyes eran representados como si fuesen planos, parecido acomo los nios dibujan a las personas. Dado que Dios es omnipotente, pudiendo porlo tanto ver todas las partes del mundo por igual, el arte deba reflejar Su punto devista, de manera que el mundo tena que ser representado bidimensionalmente.

El arte del Renacimiento fue una revuelta contra esta perspectiva en la que Dios era elcentro de todo. Amplios paisajes, representaciones realistas y en tres dimensiones delas personas, vistas desde el punto de vista del ojo humano, con las lneas de laperspectiva fundindose en el horizonte. El arte del renacimiento reflej la manera enque el ojo humano percibe el mundo desde el punto de vista singular del observador.En otras palabras, el arte del Renacimiento descubri la tercera dimensin. Con elcomienzo de la era de las mquinas y el capitalismo, el mundo artstico se revolvi

contra el fro materialismo que pareca dominar a la sociedad industrial. Para loscubistas, el positivismo es una camisa de fuerza que nos restringe a lo que es posiblemedir en un laboratorio, suprimiendo los frutos de nuestra imaginacin. Sepreguntaron : Por qu el arte tiene que ser clnicamente realista ? Esta revueltacubista contra la perspectiva se apoder de la cuarta dimensin porque toc la terceradimensin desde todas las perspectivas posibles. Puesto simplemente, el cubismo sehizo con la cuarta dimensin. Las pinturas de Picasso son un excelente ejemplo,mostrando un claro rechazo de la perspectiva tridimensional, con las caras de lasmujeres vistas simultneamente desde varios ngulos. En vez de un solo punto devista, las pinturas de Picasso muestran mltiples perspectivas como si hubiesen sidopintadas por un ser de la cuarta dimensin, capaz de visualizar todas las perspectivassimultneamente.

Unificando las Cuatro Fuerzas

Histricamente, los fsicos han rechazado la teora de las dimensiones superioresporque no podan ser medidas y tampoco tenan ningn uso concreto. Pero paracomprender cmo al sumar dimensiones superiores se puede, de hecho, simplificarproblemas fsicos, consideremos el siguiente ejemplo. Para los antiguos egipcios elclima fue siempre un misterio. Qu provocaba las estaciones ? Porqu se haciams caluroso al viajar hacia el sur ?. El clima era imposible de explicar desde el

limitado punto de vista de los antiguos egipcios, para los cuales la tierra era plana,como en un plano bidimensional. Ahora imagina a los antiguos egipcios viajando al


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espacio exterior en un cohete, desde donde pudiesen ver la tierra en su totalidad, ensu rbita alrededor del sol. De repente las soluciones a estas preguntas seran obvias.

Desde el espacio exterior, resulta claro que la tierra se inclina unos 23 grados sobre sueje en su rbita alrededor del sol. Debido a esta inclinacin el hemisferio norte recibemucha menos luz solar durante una parte de su rbita. As es que ya que el ecuadorrecibe ms luz solar que las regiones polares del norte o del sur, el clima es msclido segn nos acercamos al ecuador. Resumiendo, las aparentemente oscurasleyes que rigen el clima son fciles de entender una vez que visualizamos la tierradesde el espacio exterior. De esta manera la solucin est en salir al espacio, a latercera dimensin. Hechos que eran imposibles de entender en un mundo plano sehacen de repente obvios cuando podemos ver una tierra tridimensional.

Las Cuatro Fuerzas Fundamentales

La excitacin en torno a las dimensiones superiores viene dada por el hecho quepuede llegar a ser la llave que unifique todas las fuerzas conocidas. A lo largo de losltimos 2.000 aos, los fsicos han llegado a la conclusin que nuestro universo estgobernado por cuatro fuerzas fundamentales. Estas fuerzas pueden llegar a serunificadas en un espacio dimensional superior. La luz, por ejemplo, puede serconcebida como vibraciones en la quinta dimensin.

Estas cuatro fuerzas son:La gravedad es la fuerza que mantiene nuestros pies anclados a la tierra y es laligazn que mantiene unidos al sistema solar y las galaxias. Sin gravedad, seramos

inmediatamente lanzados al espacio a 1.500 kilmetros/hora. An ms. Si la gravedadno mantuviese unido al sol, este estallara en una catastrfica explosin de energa.El electromagnetismo es la fuerza que ilumina nuestras ciudades y da energa anuestros electrodomsticos. La revolucin electrnica, que nos ha dado la bombilla, latelevisin, el telfono, las computadoras, la radio, el radar, los microondas y loslavaplatos, es un subproducto de la fuerza electromagntica.La fuerza nuclear es la fuerza que alimenta al sol. Sin la energa nuclear, las estrellasse apagaran y los cielos se quedaran a oscuras. La fuerza nuclear no solo haceposible la vida en la tierra sino que tambin es la fuerza devastadora que libera labomba de hidrgeno, que se puede comparar con un trozo de sol trado a la tierra.La weak forcees la fuerza responsable de la degeneracin radioactiva. En el campode la medicina nuclear se emplea la weak force en la forma de rastreadoresradioactivos.Histricamente, el descubrimiento del secreto de alguna de estas fuerzas por laciencia ha cambiado irrevocablemente el curso de la civilizacin moderna, desde lamaestra de la mecnica y la fsica de Newton al control del electromagnetismo, parallegar finalmente al descubrimiento de la fuerza nuclear. En cierta medida algunos delos ms grandes avances en la historia de la ciencia se pueden comprender siguiendola evolucin gradual del conocimiento de estas cuatro fuerzas fundamentales.Dada la importancia de estas cuatro fuerzas fundamentales, la siguiente pregunta es:pueden ser unidas en una sola fuerza? Son las manifestaciones de una realidad


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subyacente? Dado el fracaso de la investigacin en este sentido por parte de lospremios Nbel de este ltimo medio siglo, la mayora de los fsicos estn de acuerdoahora que la Teora del Todo tiene que ser una ruptura radical con todo lo que se haintentado hasta ahora. El fundador de la moderna teora atmica, Niels Bohr, asisti enuna ocasin a una de las explicaciones de Wolfgang Pauli de su versin de la teoradel campo unificado. Bohr finalmente se levant para decir "estamos todos de acuerdoen que su teora es una locura absoluta, lo que nos divide es si es lo suficientementeloca". Hoy, despus de dcadas de falsos comienzos y frustrantes callejones sin salida,muchos de los ms importantes fsicos creen que han encontrado finalmente la teorasuficientemente loca como para ser la teora del campo unificado. Un grupo decientficos en los laboratorios de investigacin ms importantes del mundo creen haberencontrado al fin la Teora del Todo.

Teora de campo en dimensiones superioresPara poder ver cmo las dimensiones superiores ayudan a unificar las leyes de lanaturaleza los fsicos usan un instrumento matemtico llamado la teora de campo. Porejemplo, el campo magntico de una barra magntica se parece a una tela de araaque llena todo el espacio. Para describir el campo magntico, introducimos el campo,una serie de nmeros definidos a cada punto en el espacio que describe la intensidadde la fuerza en ese punto. James Clerk Maxwell prob en el siglo pasado que la fuerzaelectromagntica puede ser descrita por cuatro nmeros en cada punto. Estos cuatronmeros, a su vez, obedecen a una serie de ecuaciones (llamadas las ecuaciones decampo de Maxwell).Para la fuerza gravitacional, definida en cuatro dimensiones, el campo requiere un totalde 10 nmeros en cada punto. Estos diez nmeros pueden ser ensamblados de lasiguiente manera. El campo gravitacional, a su vez, obedece a las ecuaciones decampo de Einstein. La idea clave de Theodr Kaluza en 1920 fue escribir una teora delcampo gravitacional en cinco dimensiones. Kaluza ha redefinido la quinta columna y laquinta fila del campo gravitacional para coincidir con el campo electromagntico. Lacaracterstica realmente milagrosa de esta construccin es que la teora gravitacionalde cinco dimensiones se reduce a la teora original de la gravedad de Einstein ms lateora de la luz de Maxwell. En otras palabras, al aadir la quinta dimensin, hemosunido la luz con la gravedad. En otras palabras, la luz es vista ahora como vibracionesen la quinta dimensin. Este truco es fcilmente extendible. Por ejemplo, siexpandemos la teora de N dimensiones, entonces el campo gravitacional de Ndimensiones puede ser dividido en la siguientes partes. Surge ahora una

generalizacin del campo electromagntico llamado el campo Yang Mills, que es lafuerza esencial que describe las fuerzas nucleares. De esta manera las fuerzasnucleares pueden ser vistas como vibraciones del espacio en una dimensin superior.Puesto simplemente, al aadir ms dimensiones, podemos describir ms fuerzas.A continuacin introducimos un nuevo concepto llamado supersimetra que nospermite doblar el nmero de dimensiones al aadir super-dimensiones. Si estassuperdimensiones son aadidas, entonces el campo gravitacional puede ser roto comosigue: (imagen no disponible). La caracterstica increble de esta construccin es que,con muy poco esfuerzo podemos incorporar los quarks de la fsica subatmica con elcampo gravitacional de Einstein.


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Que sucedi antes del Big Bang?Una de las ventajas de tener una teora de todas las fuerzas es que podemos resolveralgunas de las cuestiones ms persistentes y espinosas de la fsica, como el origendel universo y la existencia de wormholes e incluso mquinas del tiempo. La teorasupercuerdas Diezdimensional, por ejemplo, nos da una explicacin del origen del BigBang. En esta teora, el universo originalmente comenz como un universoperfectamente diezdimensional con nada en el. De alguna manera, este universodiezdimensional no era estable. El espacio-tiempo diezdimensional original fuefinalmente partido en dos, un universo de seis y cuatro dimensiones. El universo dio unsalto cuntico a otro universo en el cual seis de las diez dimensiones se enrollaron enuna pequea bola permitiendo a las otras cuatro dimensiones restantes inflarse aniveles inmensos.El universo cuatridimensional (nuestro mundo) se expandi rpidamente,eventualmente creando el Big Bang, mientras el universo seisdimensional envuelto enuna pequea bola se colaps hasta un tamao infinitesimal. Esto explica el origen del

Big Bang, que ahora es visto como un efecto secundario de un colapso aun mscataclsmico: la ruptura de un universo diezdimensional en un universo de seis ycuatro dimensiones. En principio, tambin explica porqu no podemos medir eluniverso seisdimensional, porque ha encogido hasta un tamao mucho ms pequeoque un tomo. Siendo as, ningn experimento terrcola puede medir el universodimensional porque se ha enrollado en una bola demasiado pequea para seranalizada por nuestros ms potentes instrumentos. (Esto puede ser decepcionantepara aquellos a quienes les gustara visitar estas dimensiones superiores en vida.)

Mquinas del tiempo?Otra de las cuestiones que ms han perdurado trata de los universos paralelos y elviaje en el tiempo. De acuerdo con la teora de la gravedad de Einstein, el espacio-tiempo puede ser visualizado como un tejido que puede ser estirado y distorsionadopor la presencia de la materia. El campo gravitacional de un agujero negro, porejemplo, puede ser visualizado como un tnel con una estrella muerta, colapsada en elmismo centro. Una de las cuestiones es que, de acuerdo con las ecuaciones deEinstein, el tnel del agujero negro conecta con un universo paralelo.

An ms, si el tnel conecta nuestro universo consigo mismo, entonces tenemos unwormhole. Estas anomalas no le preocupaban a Einstein porque se pensaba que el

viaje a travs del cuello del tnel, llamado el puente Einstein-Rosen, sera imposible(ya que cualquiera que cayese en un agujero negro morira aplastado). De cualquiermanera, con el paso de los aos fsicos como Roy Kerr o Kip Thorne en Cal Tech hanencontrado nuevas soluciones a las ecuaciones de Einstein en las cuales el tirngravitacional no se hace infinito en el centro. En principio, una nave espacial podraviajar a travs del puente Einsten-Rosen a un universo alternativo (o a un puntodistante de nuestro universo) sin ser destruida por los intensos campos gravitacionales.An ms intrigante, estos agujeros pueden ser vistos como mquinas del tiempo. Yaque los dos extremos del agujero pueden conectar dos eras, Thorne y sus colegas hancalculado las condiciones necesarias para entrar el agujero en un tiempo y salir por elotro lado en otro tiempo. (A Thorne no le preocupa el hecho que la energa necesariapara abrir el puente Einstein-Rosen excede, en principio, la de una estrella y que est

por lo tanto ms all del alcance de nuestra civilizacin. Para Thorne este es solo un


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detalle de ingeniera para una civilizacin suficientemente avanzada en el espacioexterior).En una serie de papeles, Thorne y sus colegas han examinado cuidadosamente losescenarios de las fantasas de los viajes en el tiempo, como conocer a tus padresantes de nacer. Probaron matemticamente que un cohete que cayese en un agujeronegro podra salir por el otro lado en el pasado y por lo tanto podra encontrase a simismo antes de entrar en el. Otros fsicos, como Steven Hawking, dudan acerca deesta posibilidad porque los efectos cunticos (tales como los campos de intensaradiacin del tnel) pueden llegar a cerrar el puente Einstein-Rosen. Hawking propusoadems una prueba experimental de que las mquinas en el tiempo son imposibles (siexistieran, habramos sido visitados por turistas del futuro). Ambos lados de lacontroversia acerca del viaje en el tiempo dejan constancia de que finalmente estacuestin puede llegar a ser resuelta con la Teora del Todo. Ya que una teora decampo unificada debe incluir necesariamente la teora de la gravedad de Einstein ascomo la teora cuntica de la radiacin, existe la esperanza de que pronto estascuestiones sean resueltas definitivamente.

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