¿Existe de verdad la quinta dimensión que se usa en física?

Vamos a empezar por las dimensiones que conocemos todos. En nuestra vida cotidiana, estamos habituados a las tres dimensiones espaciales: cuando observamos un objeto podemos medir su altura, anchura y profundidad. Cuando consideramos el límite de velocidades muy altas, cercanas a la velocidad de la luz en el vacío, nuestra descripción de la realidad cambia y tenemos que recurrir a la Relatividad Especial de Einstein. Según esta teoría, el tiempo deja de ser un invariante para ser una coordenada más, que puede ser diferente para distintos observadores, como ocurre con las tres dimensiones espaciales. Entonces pasaríamos del espacio tridimensional al que estamos habituados a una descripción en términos del espacio-tiempo de cuatro dimensiones. Sin embargo, habría que tener un poco de cuidado porque, incluso así, el tiempo no sería exactamente equivalente a las dimensiones espaciales, ya que no todos los puntos del espacio-tiempo serían alcanzables desde un punto inicial, en el tiempo no podemos ir hacia atrás.

Tras esta introducción, ya podemos abordar la pregunta de si existe una quinta dimensión más allá de las cuatro dimensiones de la Relatividad Especial. La respuesta rápida es no. Por el momento, no disponemos de ninguna evidencia que apunte a la existencia de dimensiones adicionales y, por tanto, de una quinta dimensión. Sin embargo, a lo largo del último siglo se han propuesto diferentes teorías con dimensiones extra para intentar explicar algunos de los fenómenos físicos que no somos capaces de explicar con los modelos y teorías actuales.

La posible existencia de dimensiones adicionales fue propuesta inicialmente en 1921 por el físico alemán Theodor Kaluza en un intento de unificar la interacción gravitatoria descrita por la teoría de la Relatividad General con las interacciones electromagnéticas. Y para ello utilizó un modelo de espacio-tiempo de cinco dimensiones. Esta teoría fue completada unos años después por el sueco Oscar Klein y se conoce con el nombre de teoría de Kaluza-Klein. De forma simplificada, propone que cada línea entre dos puntos del espacio-tiempo podría consistir en realidad en un tubo o cilindro cuyo pequeño grosor, mucho menor que el tamaño de un átomo, sería prácticamente invisible a nuestra escala y por eso no habríamos sido capaces de percibir la quinta dimensión.

Posteriormente, las ideas de Kaluza-Klein han sido extendidas para intentar unificar la Relatividad General con la mecánica cuántica y así obtener una teoría cuántica de la gravedad con las llamadas teorías de cuerdas. En este caso el número de dimensiones adicionales viene fijado por la propia consistencia matemática de la teoría y sería de diez u once en las variantes más comunes, aunque una versión postula la existencia de veintiséis dimensiones. En estas teorías, las partículas elementales, descritas como objetos puntuales en el modelo estándar de física de partículas, serían en realidad objetos de una dimensión, como cuerdas, que podrían estar abiertas o cerradas y que vibrarían de diferentes formas según su naturaleza.

Como ya hemos comentado en el caso de los tubos de la teoría de Kaluza-Klein, el grosor de estas cuerdas sería extremadamente pequeño, 35 órdenes de magnitud más pequeño que un metro, es decir un metro dividido por uno seguido de 35 ceros, de forma que resulta completamente imposible observarlas en nuestro día a día. Sin embargo, la naturaleza de las cuerdas sí se manifestaría a energías muy altas, de forma que, dependiendo de su tamaño concreto, sí sería posible observar su efecto, por ejemplo, en aceleradores de partículas. Pero, como explicaba antes, aún no sabemos si todas estas dimensiones son reales o no. Por el momento son solo propuestas que se han creado para intentar explicar asuntos que todavía no comprendemos.

Mariam Tórtola es profesora titular del Departamento de Física Teórica de la Universitat de València e investigadora del Instituto de Física Corpuscular.

Pregunta enviada por Yeckson Torrealba

Coordinación y redacción: Victoria Toro

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