Pensándolo bien...

Como es bien sabido, las dimensiones son una manera de describir y medir el espacio físico y otros conceptos abstractos. En física y matemáticas, las dimensiones representan las coordenadas necesarias para especificar un punto dentro de un espacio determinado. La primera dimensión (1D), es la dimensión lineal que se define por la longitud, como la línea recta. La segunda dimensión (2D), incorpora la noción de anchura a la longitud. Los objetos bidimensionales tienen ancho y largo, pero no profundidad. Un dibujo en papel, por ejemplo, se considera bidimensional. La tercera dimensión (3D), incorpora la profundidad a la longitud y la anchura, permitiendo la existencia de sólidos y objetos tridimensionales, como una caja o una esfera. Vivimos en un mundo tridimensional en el que somos capaces de mover en cualquier dirección: hacia adelante/atrás, izquierda/derecha, y arriba/abajo. La cuarta dimensión (4D), se incorpora en la teoría de la relatividad de Einstein, en la que el tiempo se considera como la cuarta dimensión. En este marco, no vivimos en un mundo tridimensional, sino en un espacio-tiempo cuatridimensional, ya que nuestra existencia se ve influenciada tanto por el espacio como por el tiempo. Más dimensiones son propias de ciertos campos de estudio, como la teoría de cuerdas en física, en la que se postula la existencia de dimensiones adicionales, aunque estas no sean perceptibles para nosotros en nuestra vida diaria y su existencia está todavía en debate.

El entendimiento humano del mundo y el universo en el que vivimos ha evolucionado enormemente con el tiempo, pasando de una percepción plana y bidimensional de nuestro planeta a una comprensión multidimensional del cosmos que nos rodea. Las dimensiones son aspectos fundamentales de esta percepción, formando la base de cómo experimentamos e interactuamos con nuestra realidad.

La noción más básica de dimensión es la de una dimensión espacial. En un sentido geométrico, una dimensión se refiere a la mínima información necesaria para especificar un punto dentro de un espacio determinado. Por ejemplo, en una línea (un espacio unidimensional), solo se necesita un punto de referencia para determinar la ubicación. En un plano (un espacio bidimensional), necesitamos dos puntos de referencia, y en el espacio tridimensional en el que existimos habitualmente, necesitamos tres puntos de referencia. Estas tres dimensiones espaciales: altura, anchura y profundidad, conforman el marco tridimensional en el que supuestamente vivimos. Definen cómo percibimos e interactuamos con el mundo que nos rodea, desde cómo juzgamos las distancias hasta cómo experimentamos la forma y el volumen de los objetos.

No obstante, la cuarta dimensión, el tiempo, es igualmente crucial. En la teoría de la relatividad de Einstein, el tiempo es inextricable de las tres dimensiones espaciales, formando un entrelazado continuo, conocido como espacio-tiempo. El tiempo añade una dimensión completamente nueva a nuestra experiencia de la realidad, permitiéndonos percibir el cambio, el movimiento, la causa y el efecto. La inclusión del tiempo como una dimensión revela una concepción dinámica del universo, donde los objetos no son estáticos, sino que están en constante cambio y evolución.

Más allá de estas cuatro dimensiones familiares, la física teórica ha propuesto la existencia de dimensiones adicionales, a menudo como una manera de resolver algunos de los misterios más profundos del universo. Por ejemplo, la teoría de cuerdas, un candidato para una teoría del todo, requiere la existencia de varias dimensiones adicionales, que están "compactadas" o "enrolladas" a escalas tan pequeñas que son indetectables a nuestras observaciones cotidianas. Si estas dimensiones adicionales existen, podrían tener implicaciones enormes para nuestra comprensión del universo, desde explicar la misteriosa naturaleza de la gravedad hasta potencialmente permitir conceptos asombrosos como los viajes en el tiempo o los universos paralelos. Sin embargo, debemos subrayar que estas ideas siguen siendo teorías y aún no se ha obtenido evidencia experimental directa de dimensiones más allá de las cuatro que conocemos. Es probable que también lo haga nuestra percepción del cosmos, abriendo nuevas fronteras en nuestra exploración continua de la realidad.

El número de dimensiones en nuestra percepción del mundo tiene profundas implicaciones para nuestra experiencia de la realidad y nuestra comprensión de la física.  En tres dimensiones espaciales (3D), se describe cómo interactuamos con el mundo que nos rodea, cómo percibimos los objetos y cómo nos movemos en el espacio. Nos permite experimentar y entender conceptos como distancia, volumen, forma y orientación. En cuatro dimensiones al incluir el tiempo, nos permite percibir el cambio, el movimiento y la causalidad. También nos permite recordar el pasado, experimentar el presente y anticipar el futuro. En dimensiones más allá de las cuatro, no se ha observado directamente, sin embargo, las teorías que postulan dimensiones adicionales, como la teoría de cuerdas, podrían tener profundas implicaciones para nuestra comprensión del universo si se demuestran. Por ejemplo, podrían proporcionar una explicación para la naturaleza de la gravedad, la existencia de partículas subatómicas y las fuerzas fundamentales de la física. En suma, las dimensiones del mundo tienen un impacto profundo en nuestra experiencia de la realidad, así como en nuestra comprensión científica del universo.

Las analogías, en este caso son herramientas útiles para intentar entender conceptos complejos como las dimensiones.  En una dimensión (1D), pensemos en una línea recta. Solo puedes moverte hacia adelante o hacia atrás en esa línea. Esa es una dimensión. En dos dimensiones (2D) adoptemos un papel plano. Ahora puedes moverte hacia adelante y hacia atrás, pero también hacia la izquierda y la derecha. Estás operando en dos dimensiones. En tres dimensiones (3D) es el mundo tridimensional que conocemos. Añade la altura al papel plano. Puedes moverte hacia adelante y hacia atrás, a la izquierda y a la derecha, y arriba y abajo. En cuatro dimensiones (4D), es donde se introduce el tiempo. No puedes visualizarlo como las otras dimensiones espaciales, pero puedes pensar en ello como un "camino" que sigue tu vida. Si haces una línea desde tu nacimiento hasta tu muerte, eso sería una "línea de tiempo". Aunque no podemos "movernos" hacia adelante y hacia atrás en el tiempo de la misma manera que podemos en el espacio, todavía consideramos el tiempo como una dimensión en nuestra descripción física del universo. Finalmente, en más de cuatro dimensiones, es donde las analogías se vuelven muy difíciles, pero una forma en que los físicos intentan visualizarlo es a través de la idea de dimensiones "compactadas" o "enrolladas". Imagina una pajilla o una manguera. Desde lejos, parece una línea (una dimensión), pero si te acercas, puedes ver que tiene una segunda dimensión enrollada en círculo. De manera similar, las dimensiones adicionales podrían ser tan pequeñas y "enrolladas" que no las percibimos en nuestra experiencia cotidiana. En todo caso, aunque estas analogías pueden ayudar a conceptualizar las dimensiones, son muy simplificadas y no capturan completamente la complejidad de estos conceptos en la física real.

Ciertamente en la vida cotidiana, en tres dimensiones espaciales, cuando observamos un objeto material, podemos medir su altura, anchura y profundidad. Si nos situamos en el límite de velocidades muy altas, cercanas a la velocidad de la luz en el vacío, la descripción de la realidad convencional no es apropiada y apelamos a la descripción de la teoría de Relatividad Especial de Einstein, en la que el tiempo deja de ser un invariante para adquirir la categoría de coordenada, que puede ser diferente para distintos observadores, como ocurre con las tres dimensiones espaciales. La descripción del espacio-tiempo se da en cuatro dimensiones, aunque advirtiendo de que el tiempo no sería exactamente equivalente a las dimensiones espaciales, dado que no todos los puntos del espacio-tiempo serían alcanzables desde un punto inicial: en el tiempo no podemos ir hacia atrás.

Independientemente del debate sobre la realidad, sin resolver todavía, por cierto, la potencial existencia de dimensiones por encima de las tres que nos ofrece la experiencia vital, fue concebida por Kaluza, cuando en 1921 intentaba la unificación entre la teoría de la relatividad y la teoría del electromagnetismmo de Maxwell. Propuso un espacio de cinco dimensiones. La propuesta fue completada por Klein, al introducir la idea de compactación de las dimensiones. Valga como referencia el esbozo de que una línea trazada entre dos puntos del espacio-tiempo, se podría concebir cono un tubo o cilindro de tamaño inferior al atómico y, por tanto, invisible a nuestro nivel humano, al concretarse en treinta y cinco órdenes de magnitud inferiores al metro. Sirvió de base para proponer una teoría cuántica de la gravedad en un intento de unificar la Teoría de la Relatividad general con la mecánica cuántica. Hay varias versiones que incluyen diez u once, hasta veintiséis dimensiones. La idea de partícula descrita como objeto puntual en el marco clásico, ahora son objetos de una dimensión como cuerdas, abiertas o cerradas, que vibran en diferentes formas.

No sabemos todavía si estas dimensiones son reales o no. Los aceleradores de partículas Aunque la teoría de Kaluza-Klein no tuvo éxito en su forma original, el concepto de dimensiones extra compactificadas se ha convertido en un aspecto fundamental de la teoría de cuerdas y otras teorías de dimensiones superiores en la física teórica moderna. Hasta la fecha no se ha producido una evidencia empírica directa de dimensiones adicionales más allá de las cuatro dimensiones espacio-temporales que conocemos (tres de espacio y una de tiempo). Aunque varias teorías, como la teoría de cuerdas y la teoría M, postulan la existencia de dimensiones adicionales, la detección experimental de estas dimensiones adicionales aún no se ha logrado. Es importante destacar que la búsqueda de dimensiones adicionales es un área activa de investigación en física y cosmología. Experimentos en aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) buscan evidencia de dimensiones adicionales.

Los aceleradores de partículas son herramientas extremadamente poderosas para investigar las propiedades fundamentales del universo, incluyendo las posibles dimensiones adicionales que existen más allá de las tres dimensiones espaciales y una de tiempo que estamos acostumbrados a percibir. Una posible señal de dimensiones adicionales podría ser la producción de "gravedad a escala de TeV", que sería una forma de gravedad mucho más fuerte que la que conocemos a escalas de energía ordinarias. Otra posible señal sería la producción de partículas llamadas "kaluza-klein" que son las versiones de partículas ordinarias que se han "excitado" en las dimensiones adicionales. La existencia de tales dimensiones aún no se ha confirmado y sigue siendo un tema de investigación activa en la física de partículas.