Los físicos han comprendido, al menos teóricamente, que puede haber dimensiones superiores, además de nuestras tres normales. La primera pista llegó en 1905, cuando Einstein desarrolló su teoría de la relatividad especial. Por supuesto, por dimensiones estamos hablando de longitud, anchura y altura. En general, cuando se habla de una cuarta dimensión, se considera el espacio-tiempo. Pero aquí, los físicos se refieren a una dimensión espacial más allá de las tres normales, no a un universo paralelo, como se confunde a tales dimensiones en los programas populares de ciencia ficción.
Incluso si hay otras dimensiones en algún lugar de nuestro universo o en otros, si viajáramos a un lugar que las incluyera, los científicos no están tan seguros de que pudiéramos experimentarlas. Nuestros cerebros pueden ser incapaces. Matemáticamente, podemos describir la 4ª dimensión, pero puede que nunca la experimentemos en el ámbito físico.
Aún así, eso no nos ha impedido buscar pruebas de dimensiones superiores. Un modelo que nos ayuda a concebirla más fácilmente y a entenderla mejor es un teseracto o hipercubo. Se trata de un cubo dentro de otro cubo. Aunque es una metáfora útil, no existe en el mundo real. Entonces, ¿cómo podrían los científicos detectar realmente la 4ª dimensión? Dos equipos de investigación distintos, uno en EE.UU. y otro en Europa, han completado experimentos duales, para hacer precisamente eso.
Ambos eran experimentos en 2D que insinuaban un mundo en 4D, utilizando un fenómeno conocido como el efecto Hall cuántico. El efecto Hall se produce cuando se tiene un material eléctricamente propicio, por ejemplo una lámina de metal o un cable, por el que se pasa corriente. Los electrones se mueven en una dirección. Coloca un campo magnético perpendicular al material y en su lugar los electrones se desvían a la izquierda o a la derecha, por lo que se llama la fuerza de Lorentz.
Encuentra una buena explicación del efecto Hall y del efecto Hall cuántico aquí:
El resultado del efecto Hall es que los electrones quedan atrapados dentro de un sistema 2D. Entonces sólo pueden moverse en dos direcciones. El efecto Hall cuántico se produce a nivel cuántico, ya sea cuando el material está a temperaturas muy bajas, o está sujeto a un campo magnético muy fuerte. Aquí ocurre algo adicional. El voltaje no aumenta normalmente, sino que salta por pasos. Al restringir los electrones con el efecto Hall cuántico, también se pueden medir.
Sigue las matemáticas y te darás cuenta de que el efecto Hall cuántico también es detectable dentro de un sistema 4D. El profesor Mikael Rechtsman, de la Universidad Estatal de Pensilvania, formó parte del equipo estadounidense. Dijo a Gizmodo: «Físicamente, no tenemos un sistema espacial 4D, pero podemos acceder a la física Hall cuántica 4D utilizando este sistema de menor dimensión porque el sistema de mayor dimensión está codificado en la complejidad de la estructura»
Nosotros mismos, como objetos 3D, proyectamos una sombra 2D. Un objeto 4D debería entonces proyectar una sombra 3D. Podemos aprender algo sobre un objeto 3D estudiando su sombra. Por tanto, es lógico que también podamos obtener conocimientos sobre un objeto en 4D a partir de su sombra en 3D. Los dos equipos de estos experimentos hicieron algo parecido. Utilizaron láseres para vislumbrar la 4ª dimensión. Los resultados de cada experimento se publicaron en dos informes, ambos en la revista Nature.
En el experimento europeo, los científicos tomaron el elemento rubidio y lo enfriaron hasta el cero absoluto. A continuación, atraparon los átomos allí dentro de un entramado de láseres, creando lo que los investigadores describen como «un cristal de luz similar a un cartón de huevos». A continuación, introdujeron más láseres para excitar los átomos, creando lo que se conoce como una «bomba de carga» cuántica. Aunque los átomos en sí no tienen carga, aquí se simuló el transporte de cargas eléctricas. Las sutiles variaciones en los movimientos de los átomos coincidieron con la forma en que el efecto Hall cuántico se desarrollaría en la 4ª dimensión.
Para escuchar una explicación de la 4ª dimensión utilizando un videojuego, haz clic aquí:
En el experimento de EE.UU., se utilizó vidrio para controlar el flujo de luz láser en el sistema. Se trataba básicamente de un prisma de cristal rectangular con una serie de canales en su interior, que parecían varios cables de fibra óptica metidos dentro, que recorrían la longitud de la caja y terminaban en ambos extremos. Los investigadores pudieron manipular la luz utilizando estos canales como guías de ondas, para hacerla actuar como un campo eléctrico. Cuando la luz saltó de los bordes opuestos a las esquinas, los investigadores supieron que habían observado el efecto Hall cuántico, tal y como ocurriría en un sistema 4D.
Científicos de la ETH Zürich, una universidad de Suiza, llevaron a cabo el experimento europeo. El investigador Oded Zilberberg estaba entre ellos. Dijo que antes de estos experimentos, observar las acciones que ocurren en la 4ª dimensión parecía más bien ciencia ficción.
«En este momento, esos experimentos están todavía lejos de cualquier aplicación útil», dijo. Sin embargo, la física en la 4ª dimensión podría estar influyendo en nuestro mundo 3D. En cuanto a las aplicaciones, Rechtsman dijo: «Tal vez podamos llegar a una nueva física en la dimensión superior y luego diseñar dispositivos que aprovechen la física de la dimensión superior en las dimensiones inferiores».
En estos experimentos, los fotones y los electrones no interactuaron. En el siguiente, los científicos creen que podría ser interesante ver qué ocurre cuando lo hacen. Rechtsman afirma que podríamos comprender mejor las fases de la materia investigando la cuarta dimensión. Supongamos que conseguimos una buena comprensión de la misma, ¿es el fin? Ciertamente no. Los físicos teóricos creen que puede haber hasta 11 dimensiones.
Para conocer la 4ª dimensión de la mano del propio Carl Sagan, haga clic aquí:
0 comentarios