Domingo
22 Julio 2007
La
dimensión humana de la ciencia. La dimensión científica de lo humano
TENDENCIAS
CIENTÍFICAS
La expansión del
universo podría originarse en otras dimensiones
Una
nueva teoría física señala que la energía oscura estaría disimulada en
dimensiones desconocidas
Una nueva teoría
física, formulada por científicos norteamericanos, sugiere que la expansión del
universo tiene su origen en dimensiones adicionales situadas muy cerca de las
dimensiones conocidas, que son las que acogen a la energía oscura y el origen de
la fuerza gravitacional repulsiva. La teoría explica también por qué esas
dimensiones no pueden ser percibidas directamente y establece que son estables y
perpendiculares a las tres dimensiones de nuestro universo. La teoría deja una
pista para ser verificada y las primeras pruebas indican que podría ser cierta.
Por Eduardo Martínez.
La
misteriosa energía oscura, que acelera la expansión del universo, podría estar
escondida en las dimensiones ocultas del espacio, según una nueva teoría física
elaborada por Brian Greene y Janna Levin, de la Columbia University de New
York.
La
teoría ha sido explicada en un interesante artículo de la revista Newscientist Space, y los autores han publicado un artículo más
extenso en Arxiv, el repositorio online de acceso
abierto y gratuito de artículos de física, a la espera de publicarlo en una
revista especializada.
La
energía oscura es
una forma hipotética de energía que inunda todo el espacio y que produce una
presión negativa, convirtiéndose en una fuerza gravitacional repulsiva, supuesto
origen de la expansión acelerada del universo.
La
propuesta de ambos físicos señala que la energía oscura está oculta en las
dimensiones imperceptibles del universo y explica por qué estas dimensiones
ocultas no pueden ser percibidas directamente, una cuestión muy importante de la
Teoría de Cuerdas.
La
Teoría de Cuerdas
es un modelo fundamental de la física que afirma que todos los bloques de
materia son en realidad expresiones de un objeto básico unidimensional extendido
llamado "cuerda". El universo surge cuando una cuerda vibra en relación a las
otras.
La
teoría de cuerdas está fundamentada en 11 dimensiones y establece que, debido a
que las dimensiones adicionales se enroscaron sobre sí mismas a escalas
microscópicas durante el nacimiento del Universo, no pueden ser percibidas
directamente con nuestros sentidos. Además, considera la teoría de cuerdas, son
dimensiones muy inestables.
La
existencia de dimensiones adicionales en el universo fue detectada recientemente
por otro grupo de científicos, tal como informamos en otro artículo:
utilizando geometrías matemáticas simples, estos científicos han podido
reconstruir un mapa de energía alternativo de los momentos primigenios del
universo, en el que se aprecian indicios de al menos otras siete dimensiones. De
esta forma, las dimensiones extra sobre las que ha teorizado la teoría de
cuerdas habrían sido observadas gracias a un metafórico viaje al instante
posterior al Big Bang.
Alejamiento
de galaxias
La
nueva teoría aporta asimismo una explicación a la expansión del universo. A
mediados de los años 90, los astrónomos descubrieron que las otras galaxias se
alejan de la nuestra acelerándose. Más adelante, los físicos han atribuido esa
expansión a la así llamada energía del vacío o a la constante cosmológica.
La
energía del vacío
es una energía de fondo existente en el espacio incluso en ausencia de todo tipo
de materia y está relacionada con la aparente aceleración actual de la expansión
del Universo. Algunos astrofísicos piensan que la energía del vacío podría ser
responsable de la energía oscura del universo, asociada a la fuerza de gravedad
repulsiva que contribuye a la expansión del Universo.
La
constante
cosmológica ha sido otra de las hipótesis de la expansión del
universo. Es un parámetro establecido por Einstein en
sus ecuaciones de la relatividad general que, aunque quedó en entredicho cuando
se descubrió que el universo estaba en expansión, ha vuelto a ser considerado al
analizar la energía del vacío, la teoría cuántica de campos o la aceleración del
universo.
La
actual hipótesis de los científicos para explicar la expansión del universo se
basa en las vibraciones cuánticas del vacío espacial. El espacio está lleno de
campos gravitacionales y electromagnéticos que vibran como campos cuánticos.
Esta energía de las vibraciones cuánticas sería la que produciría la fuerza de
gravitación repulsiva que aleja a las galaxias.
Sin
embargo, los cálculos realizados hasta la fecha sobre la densidad de esas
vibraciones cuánticas del vacío espacial cuestionan las ecuaciones de
la
Teoría Cuántica de campos, por lo
que explicación clásica de la expansión del universo no está consolidada.
Dimensiones ocultas, pero próximas…
Este
dilema se resuelve con la nueva teoría, que considera que las vibraciones
cuánticas del vacío espacial no están limitadas a un espacio único. Brian Greene y Janna Levin consideran al respecto
que las vibraciones cuánticas del vacío espacial son vibraciones de campos de
fuerza cuánticos y fluctuantes producidos por un conjunto de dimensiones
perpendiculares a nuestras tres dimensiones conocidas.
Aunque la
vibración cuántica esté atrapada en estas otras dimensiones adicionales, podría
extender su influencia gravitacional en nuestro espacio, afirman estos
científicos. La fuerza de gravitación obtenida de esas dimensiones adicionales
es repulsiva, provocando la aceleración cósmica que provoca el alejamiento de
las galaxias.
Greene y Levin calculan que las
dimensiones adicionales deberían ser al menos del orden del 0,01 milímetros para provocar
la aceleración observada por los astrónomos. La energía oscura alojada en esas
dimensiones adicionales se ocultaría así sólo a algunas micras de nosotros (un
micrón o micra es la unidad de longitud equivalente a la millonésima parte de un
metro).
Hasta ahora,
ambos autores sólo han esbozado su teoría, pero ya se puede utilizar para
resolver otro problema, todavía más complicado. La Teoría de Cuerdas, que
pretende la unificación de las cuatro fuerzas del universo, necesita siete
dimensiones adicionales minúsculas, enroscadas sobre sí mismas, que son muy
inestables.
… y estables
La
nueva teoría atribuye a estas dimensiones adicionales un comportamiento estable.
El equilibrio preciso de los campos de fuerza cuánticos actuaría como un resorte
tenso en las dimensiones suplementarias, manteniéndolas a un cierto tamaño
estimado en 10 micras.
Como
quiera que la nueva teoría sólo funciona en el marco de una cosmología de branas, que
describe a nuestro universo como una especie de membrana flotante en un
espacio de
dimensión superior, la mayoría de las partículas y de los campos que lo integran
están unidos a esta brana, lo que explica por qué
estas dimensiones adicionales no pueden ser percibidas, ni siquiera orientarnos
en su dirección, explican Greene y Levin.
En
la versión básica de las branas, la única fuerza
susceptible de pasar a través de una brana, ese objeto
extenso, dinámico que posee una energía en forma de tensión respecto a su
volumen de universo, es la gravitación.
Campos supuestos, neutrinos estériles
Pero
las vibraciones asociadas al campo gravitacional no poseen las propiedades
requeridas por la teoría de Greene y Levin, por lo que ambos autores han añadido un campo
suplementario y fijado su intensidad para obtener un valor repulsivo coherente.
Para alcanzar esta coherencia, señala Levin a Newscientist, “hemos fabricado un modelo reducido con campos
supuestos”.
Otro
arreglo a la teoría de ambos autores es que el campo que describen no puede
proceder de neutrinos normales, ya que, como las demás partículas, están
íntimamente ligados a nuestra brana. Por ello proponen
la existencia de un neutrino estéril en las dimensiones adicionales, cuya
presencia sería detectada en nuestro espacio en forma de energía oscura.
Una pista a seguir
La
teoría de Greene y Levin,
explica Newscientist, implica que la gravitación se
hace más intensa a menos distancia, y adquiere el tamaño de las dimensiones
suplementarias o adicionales. De momento se trata de la única pista disponible
para validar la teoría.
Ya
hay una prueba experimental de esta reacción de la gravitación, de la que ha
informado Scientific American: en
la universidad de Washington en Seattle, se ha medido
la fuerza gravitacional a corta distancia y se han descartado dimensiones
suplementarias adicionales mayores de 0,1 milímetros. Si existen esas
dimensiones adicionales, deben medir menos de 44 micrómetros
(0.044
milímetros), aseguran estos investigadores en un artículo
publicado en Physical Review Letters.
Los
científicos de esta universidad pretenden realizar nuevos experimentos para
medir la gravitación en distancias todavía más cortas. Si en estos experimentos
se pudiera comprobar un aumento de la gravitación por debajo de
0,01
milímetros, podríamos comprobar que la teoría de Greene y Levin es correcta y que
la fuerza que provoca la expansión de nuestro universo viene de otra dimensión,
concluye Newscientist Space.
Sábado 21 Julio
2007
Eduardo
Martínez
La expansión del u
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