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Vivimos en un espacio de tres dimensiones (alto, largo y ancho), más una de tiempo por mandato de la Segunda Ley de la Termodinámica, de esta manera, científicos del Instituto Politécnico Nacional (IPN) explican por qué el espacio es tridimensional.
Los profesores Fernando Angulo Brown, Julián González Ayala y Rubén Cordero de la Escuela Superior de Física y Matemáticas (ESFM) comprobaron su tesis al aplicar matemáticamente esta ley a un universo lleno de radiación, donde se calcularon las energías libre de Helmholtz, de Gibbs, de radiación y la entropía, para determinar que el número de dimensiones se amarra en tres, entre un número infinito de dimensiones posibles.
Se puede considerar que el espacio tiene tres dimensiones a causa de una magnitud termodinámica llamada densidad de energía libre de Helmholtz, presión que existe en todo el espacio, dependiente de la temperatura del universo y del número de dimensiones espaciales.
Los politécnicos demostraron, en su artículo publicado en el Journal Europhysics Letters (EPL), que mientras el universo comenzó a enfriarse después del Big Bang, la densidad de Helmhotz alcanzó su primer valor mínimo a una temperatura muy alta, que corresponde a cuando el universo tenía sólo una fracción de segundo de edad. Así fue que las tres dimensiones del espacio se congelaron en este punto.
Con determinar tres valores numéricos se obtiene la localización de un punto en el espacio. Y es posible seguir el rastro en relación a cómo cambian los valores con el tiempo, Las primeras tres se miden con reglas y GPS, mientras que la cuarta se cuantifica con los relojes, explicó Angulo Brown.
Los científicos politécnicos hicieron la propuesta con este artículo desde el punto de vista de la termodinámica. La pregunta clave que se formuló fue ¿Qué tienen que decir las leyes de la termodinámica sobre las dimensiones del espacio? “La postulación de dimensiones mayores a tres, es un asunto muy serio en la física teórica, pero no existen evidencias, y aparentemente la única vía es con energías extraordinarias que no están a nuestro alcance”, recordó Angulo Brown.
La pregunta es ¿Si existe un número infinito de dimensiones, por qué se quedó en tres? Así que calcularon los potenciales termodinámicos de la radiación multidimensional que bañaba a todo el universo. Realizaron una gráfica con estos datos, detectaron máximos y mínimos, y resultaron unas curvas muy interesantes.
En el eje vertical se ubicó la presión de la radiación y en el horizontal las dimensiones del posible espacio. “Encontramos que desde el Big Bang, cuando comenzó a avanzar el tiempo, la presión de la radiación no tenía ni máximos ni mínimos, eran sólo curvaturas que se fueron aplanando y se dio una temperatura de 0.9 en la escala de Planck y apareció un punto silla, cuyas derivadas fueron cero”.
“Una vez que las curvas pasaron por encima de este punto comenzaron a tener límites. El máximo se forma en (tres dimensiones), lo que significa que una vez que se alcanzó el punto crítico y el tiempo siguió avanzando, esta función comenzó a tener pendientes negativas, las cuales están prohibidas por la segunda ley de termodinámica”, detalló el profesor de la ESFM.
“Cuando alcanzó el valor, siguió avanzando el tiempo y se estableció que está prohibido tener menos o más de tres dimensiones. Por qué estos cambios de dimensión tienen pendiente negativa imposible de suceder en la naturaleza. Los únicos tiempos donde las curvas no violaron la segunda ley fue en el punto donde están tres dimensiones, por eso vivimos en tres”, recalcó el especialista en física.
Hay procesos que ocurren espontáneamente e indican que existe una sola dirección y por lo tanto están prohibidos que pasen en sentido contrario sin ayuda de un agente externo. La Segunda Ley de la Termodinámica, se ejemplifica con sucesos de la vida real, si se cae una taza de café de una mesa, se romperá y de ninguna manera se puede remediar la situación ni regresarla a la posición inicial espontáneamente, se rompió y es imposible retroceder el tiempo para pegarla.
jpe
