Explican por qué el universo es tridimensional

La próxima vez que vea un nudo recordará que el origen es el propio universo.

Es probable que alguna vez se haya preguntado por qué el Universo tiene solo tres dimensiones espaciales.

Lo cierto es que la tendencia natural de que cuerdas, hilos o cables acaben enredándose siempre, puede ayudar a explicar la naturaleza tridimensional del universo y cómo se formó.

Un equipo internacional de físicos ha desarrollado una teoría que lo explica: poco después de la aparición del universo, hace 13.800 millones de años, el universo se llenó con nudos formados por hilos flexibles de energía llamados tubos de flujo que unen las partículas elementales.

“Aunque la cuestión de por qué nuestro universo tiene exactamente tres dimensiones espaciales (grandes) es uno de los enigmas más profundos de la cosmología … en realidad, solo de vez en cuando se aborda en la literatura científica”, explican los autores.

El hecho de que los volúmenes estáticos de espacio tengan tres grados de libertad, el ancho, la profundidad y la longitud, parece tan fundamental, que es difícil imaginar un Universo de otra manera. ¿Verdad?

Imaginemos un hipercubo en 4D como un objeto real y rápidamente sentiremos que… nuestra mente se hace un lío.

No podemos descartar la posibilidad de que haya otras dimensiones del espacio.

De hecho, modelos tales como la teoría de cuerdas dan cabida a nueve o más dimensiones; pero hasta que no encontremos evidencia sólida de su existencia, son de 3D de las que nos debemos preocupar.

Los físicos, de las universidades de Edimburgo (Reino Unido), Dortmund (Alemania), Aveiro (Portugal), Chapman y Vanderbilt (EE.UU.), tomaron prestado un elemento común del modelo estándar de la física de partículas y lo mezclaron con una pequeña teoría del nudo básico (una rama de la topología) para producir un escenario novedoso que no solo puede explicar por qué predominan las estructuras tridimensionales, sino que también ofrece una fuente de energía natural para el crecimiento inflacionario que la mayoría de los cosmólogos creen que tuvo lugar microsegundos después del famoso Big bang.

Este elemento es el tubo de flujo, que tiene sus raíces en el modelado de electromagnetismo de James Clerk Maxwell en el siglo XIX.

El tubo de flujo está compuesto por quarks, partículas elementales que forman protones y neutrones, que se unen entre sí gracias a otras partículas adhesivas llamadas gluones.

De ahí que los tubos de flujo también puedan usarse a una escala cuántica para explicar por qué tipos específicos de partículas llamadas quarks se unen entre sí para darnos partículas subatómicas gruesas como protones y neutrones.

A medida que se separan las partículas enlazadas, el tubo de flujo se extiende hasta que alcanza un punto en el que se rompe.

La energía en ese campo da como resultado la producción de otro quark y un antiquark.

“Tomamos el conocido fenómeno del tubo de flujo y lo elevamos a un nivel de energía más alto”, explica Thomas Kephart de la Universidad de Vanderbilt.

Si revisamos las teorías actuales, en el momento de creación del universo, primero se llenó con un líquido sobrecalentado y cargado eléctricamente llamado plasma quark-gluon.

Los científicos observaron que una versión de mayor energía del plasma quark-gluon habría sido un escenario ideal para la formación de tubos de flujo en el universo primitivo: toda esa inmensurable cantidad de pares de quarks y antiquarks que se creaban y eliminaban espontáneamente, generaría grandes cantidades de tubos de flujo.
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Aunque el tubo de flujo que une un quark y un antiquark desaparece en este momento de contacto y aniquilación, existen excepciones.

Si un tubo toma la forma de un nudo, por ejemplo, este se vuelve estable y puede sobrevivir a las partículas que lo crearon, acabarían formando tubos de flujo estables cuando dos o más tubos de flujo quedan entrelazados.

Esto explicaría, según los autores, que todo el universo se hubiera llenado de una red estrecha de tubos de flujo.

La explicación de la teoría del tubo de flujo proviene de la teoría del nudo básico.

“Fue Heinrich Päs quien supo que los nudos solo se forman en tres dimensiones y quisimos usar este hecho para explicar por qué vivimos en tres dimensiones”, dijo Kephart.

Un ejemplo bidimensional ayuda a explicar. Digamos que coloca un punto en el centro de un círculo en una hoja de papel.

No hay forma de liberar el círculo del punto mientras se queda en la hoja.

Pero si agrega una tercera dimensión, puede levantar el círculo sobre el punto y moverlo hacia un lado hasta que el punto ya no esté dentro del círculo antes de volver a bajar.

Algo similar sucede con los nudos tridimensionales si agrega una cuarta dimensión: los matemáticos han demostrado que se desenredan.

“Por esta razón, los tubos anudados o enlazados no pueden formarse en espacios de mayor dimensión”, dijo Kephart.

El resultado neto es que la inflación se habría limitado a tres dimensiones.

Las dimensiones adicionales, si existen, seguirían siendo infinitesimales, demasiado pequeñas para que podamos percibirlas.

Tras calcular cuánta energía podría contener esta red, descubrieron que era lo suficientemente poderosa para alimentar un período temprano de inflación cósmica.

“Nuestra red de tubos de flujo no solo proporciona la energía necesaria para controlar la inflación, sino que también explica por qué se detuvo tan abruptamente.

A medida que el Universo comenzó a expandirse, la red de tubos de flujo comenzó a desintegrarse y finalmente se rompió, eliminando la fuente de energía que estaba alimentando la expansión”, dice Kephart.

El siguiente paso para los físicos es desarrollar su teoría hasta que haga algunas predicciones sobre la naturaleza del universo que puedan probarse.

Fuentes: Muy Interesante, Science Daily