El documento resume varias teorías sobre la posible existencia de dimensiones adicionales más allá de las tres dimensiones espaciales y el tiempo que conocemos. Menciona que dimensiones adicionales a escalas microscópicas podrían explicar fenómenos como la gravedad, los agujeros negros y la materia oscura. También explora cómo experimentos como el LHC podrían encontrar evidencia de dimensiones adicionales a través de la detección de partículas como el gravitón.

1. Un Universo de Dimensiones Casiano A. Martínez Serrano

2. + Introducción: El país del plano (alegoría) (Cuento popular de la época victoriana) Un Cuadrado de mediana edad, tiene un sueño inquietante donde visita un reino unidimensional, el País de la Línea, cuyos habitantes sólo pueden moverse de un punto a otro Edwin Abbott

3. + Aparición del gravitón Fuerza de la gravedad muy débil. Necesidad de explicar microcosmos y macrocosmos, lo que implicaría que la gravedad se transmitiese por gravitones (partículas que viajan a la velocidad de la luz entre un cuerpo y otro, transportando la gravedad).

4. + Distancias menores de 1 mm (tamaño de las dimensiones) Quizás se esté pasando por alto los cambios causados a la gravedad por dimensiones adicionales menores de 1 mm Estas dimensiones adicionales tan minúsculas podrían ser responsables de fenómenos no conocidos, como agujeros negros, teoría de cuerdas, la partícula gravitón,… Se piensa que las dimensiones se pueden enrollar en circunferencias de radios ínfimos, tan inmensas como 1 mm Tan sólo las líneas de campo gravitatorias pueden extenderse hasta un espacio de dimensiones superiores Así, la gravedad cambia sólo a distancias menores de 1 mm, y a distancias mayores se rige por las reglas conocidas

5. + Universo membrana (mesa de billar) Puede que estemos viviendo en un Universo membrana. Para explicar este concepto veamos el modelo de la mesa de billar. Bolas (habitantes), Ondas sonoras (gravitones), Mesa de billar (Universo),…

6. + Ley del inverso del cubo (plegamiento dimensional) La ley del inverso del cuadrado nos informa de que la gravedad va disminuyendo con el cuadrado de la distancia Las líneas de fuerza gravitatorias se extienden desde la Tierra en tres dimensiones. Al ir abriéndose la distancia desde el planeta, la fuerza se diluye al dispersarse por una superficie mayor (esferas). El área de cada esfera aumenta con el cuadrado de su radio. Así, en tres dimensiones, la gravedad cae como el inverso del cuadrado de la distancia

7. Si se supone una dimensión más, el espacio sería tetradimensional, con lo que las líneas de campo se dispersarían también por una corteza tetradimensional, y su superficie aumentaría con el cubo de la distancia Esto implica que la gravedad llevaría una ley del inverso del cubo Esta ley no describe nuestro Universo, pero veamos no obstante que para distancias mucho mayores que R, la fuerza variará con el inverso de cuadrado de la misma Una dimensión adicional pequeña enrollada en una circunferencia cambia la forma en que se dispersa la gravedad por el espacio (líneas rojas) A distancias menores que el radio del círculo (azul) las líneas de fuerza se separan en todas las dimensiones. A distancias mayores (círculo amarillo), las líneas llenan la dimensión supernumeraria, y ya no sienten su efecto

8. + Teoría de cuerdas Se reemplazan las partículas por cuerdas. La cuerda con la menor energía posible de oscilación es el gravitón. Distintas partículas serían cuerdas que oscilan de diferente manera Experimentalmente no se ha visto ninguna cuerda en una partícula conocida. Por ello, el tamaño de estas cuerdas vibrantes debería ser menor que la distancia más corta que podemos comprobar con los experimentos actuales, (10-18 m) Ya Einstein, después de haber propuesto en la teoría de la relatividad general que específicamente es la gravedad, la dinámica del espacio y el tiempo, se percató de que el nº de dimensiones sería mayor a las 3 que distinguimos. Existirían dimensiones extras en objetos muy pequeños y comprimidos.

9. Con las supercuerdas se espera encontrar una explicación para las partículas elementales, sus propiedades. Sólo hay una partícula elemental, un tipo de cuerda, que puede vibrar y moverse en modos diferentes. Así, todas las partículas observadas (como los quarks o electrones) son diferentes movimientos y configuraciones de una supercuerda. Por ello es que la teoría de supercuerdas exige que hayan dimensiones espaciales adicionales sumadas a las tres convencionales más el tiempo

10. + Posibilidad de Universos paralelos Otro ejemplo es el misterio cosmológico de la constitución de la “materia oscura”, que sería la sustancia gravitante invisible que parece componer más del 90% de la masa del Universo. La materia oscura podría residir en Universos paralelos. Podría ser materia como la que conocemos, estrellas y galaxias como las que conocemos que brillen en sus propios pliegues. Esos Universos paralelos podrían diferir en grado sumo del que habitamos, con partículas y fuerzas peculiares. Quizás estarían confinados en membranas de más o de menos dimensiones. Una posibilidad es que tuviesen propiedades idénticas a las de nuestro mundo

11. Para llegar hasta nosotros, su gravedad (rojo) tomaría un atajo entre las dimensiones supernumerarias, pero no podríamos verlas, porque la luz (amarillo) habría de viajar miles de millones de años-luz, yendo y viniendo por los pliegues

12. + Puerta abierta a agujeros (gusanos) negros, y viajes temporales Aunque los experimentos no detectarían de forma directa los gravitones emitidos, se conocería la energía absorbida a través de la que faltara en los residuos de la colisión. Los experimentos del LHC (Gran Colisionador de Hadrones) deben empezar a obtener pruebas de la presencia de los gravitones o, con su ausencia, empezar a deshechar la teoría. Los efectos de las nuevas partículas en dimensiones adicionales, darían respuestas a misterios de la física de partículas y la cosmología, como las masas de los neutrinos

13. Podrían crearse microagujeros negros en el LHC al chocar protones (amarillo) a altas energías. Los agujeros negros se evaporarían rápidamente, emitiendo radiación de Hawking, compuesta de partículas del modelo estándar (azules) y gravitones (rojo). De esta forma vemos como los agujeros negros no son ciencia-ficción, pues ya es posible ocasionarlos, aunque a escalas muy pequeñas, casi imperceptibles. No obstante, hay un camino a seguir en el futuro para desarrollarlos, y quizás, poder llegar a construir agujeros negros durante un intervalo de tiempo más grande y de un tamaño mayor, es decir, acoplar las escalas microscópicas a las macroscópicas.

14. + Efecto “Casimir” “ Dos científicos norteamericanos sugieren que las partículas exóticas que aparecen y desaparecen en el vacío absoluto obedecen a una energía de naturaleza desconocida que es reflejo de dimensiones adicionales de la materia, complementarias del ancho, longitud y altura que sitúan a los cuerpos en el espacio. Pretenden demostrarlo con una nueva versión del Efecto Casimir, según el cual el vacío puede generar movimiento en contra del principio clásico de conservación de la energía” La presencia de una fuerza de atracción muy débil existente en el vacío que rodea a dos placas metálicas paralelas, situadas en una caja cerrada herméticamente, sin campo electromagnético alguno en su interior. El desequilibrio en las oscilaciones del espacio vacío puede empujarlas hasta juntarlas