¿Existen realmente dimensiones adicionales? Entiendo la importancia de representar el tiempo como una dimensión, pero aún me pregunto: ¿existe esta dimensión fuera del concepto?

No se puede resolver, porque la teoría de cuerdas no se ha verificado o desacreditado. El LHC no ha podido demostrar la supersimetría hasta el momento, pero eso no es suficiente como una prueba de resistencia debido a las bajas energías.

De todos modos, si la teoría de cuerdas es correcta, entonces las dimensiones adicionales sin duda serían reales. No son solo abstracciones matemáticas. El punto de vista típico es que se parece a un haz de fibras: cada punto del espacio tiene una “fibra” adicional unida, dentro de la cual las cuerdas microscópicas pueden vibrar. Estas fibras toman varias formas, más comúnmente la de un múltiple Calabi-Yau de seis dimensiones.

En cuanto a por qué las dimensiones adicionales deben existir, para simplificar enormemente el argumento, es un poco como resolver una ecuación. Está buscando un número X y no sabe cuál es ese número, pero sí sabe que debe producir ciertos resultados cuando se le aplican ciertas operaciones. Mediante un proceso de deducción, te das cuenta de que solo hay una opción posible para X, y descubres cuál es esa opción. Es una prueba similar en la teoría de cuerdas para determinar el tipo de espacio en el que las cuerdas deben vibrar.

Bueno, suponiendo que esté de acuerdo con el espacio-tiempo de 4 dimensiones en el que vivimos (si está discutiendo con ESO, entonces hay muchas pruebas de que la relatividad es una descripción relevante de los procesos físicos en muchas escalas de longitud).
Ahora, suponiendo que esté hablando de dimensiones actualmente no observadas (por experimento), hay algunas cosas desde la perspectiva de la física a tener en cuenta. En general, si está pensando en dimensiones adicionales en fenomenología de partículas o teoría de cuerdas, debe justificar por qué no las hemos observado. Uno de estos métodos es proponer que solo ciertas partículas se propaguen en las dimensiones adicionales (por ejemplo, gravitones, electrones, quarks, etc.). Si los fotones no se propagan, básicamente no VEMOS las dimensiones adicionales (suponiendo que su extensión espacial sea lo suficientemente grande como para que podamos distinguirla). Sin embargo, como todas las cosas, uno debe justificar estas complicaciones adicionales, por lo que la existencia de las dimensiones adicionales debe explicar alguna otra característica.
Si te preguntas qué limita la cantidad de dimensiones del universo … esa es una pregunta abierta realmente. Para la teoría de cuerdas antes mencionada, si estás hablando de una teoría de cuerdas bosónica, existe la predicción de que hay 26 dimensiones espacio-temporales. Las teorías de supercuerdas requieren 10 dimensiones espacio-temporales y la teoría M tiene 11 como propiedad. Sin embargo, esto debe tomarse con un grano de sal, ya que este número de dimensiones espacio-temporales en realidad proviene de requerir consistencia matemática en un paso particular del análisis. Técnicamente, uno podría mirar las teorías de cuerdas “no críticas” que viven en diferentes números de dimensiones. Entonces, realmente, la respuesta a su pregunta es: “nadie tiene una buena respuesta para la cantidad de dimensiones del universo”. Experimentalmente, hemos observado cuatro. Tenemos predicciones sólidas para las propiedades de las partículas si también se propagan en dimensiones adicionales y se trata simplemente de construir un colisionador lo suficientemente grande (con el LHC lo suficientemente grande o solo un buen comienzo) para observar dichas propiedades. Puede encontrar los ejemplos más fáciles de tales predicciones mirando los modelos de Kaluza-Klein (su trabajo realmente sucedió hace aproximadamente un siglo … aunque las ideas interesantes tienen una forma de mantenerse 🙂).

Las dimensiones adicionales están ahí debido a cómo oscilan los agujeros negros. Cuando observa una teoría de la gravedad, cada forma diferente en que un agujero negro puede oscilar es necesariamente una dimensión diferente, y se suma a la entropía fundamental de un pedazo de horizonte. Hay una relación de consistencia estricta para la entropía del horizonte del agujero negro que selecciona una cierta “carga central” (número de oscilaciones), que es 24 oscilaciones transversales, y esto define la dimensión de la teoría de la cuerda bosónica.

Cuando tiene oscilaciones fermiónicas, el recuento aumenta más rápido, por lo que para obtener la cantidad crítica de grados de libertad, necesita 10 dimensiones. Pero las cadenas en sí (en cadenas de tipo IIA) se ven luego como membranas apretadas, porque esto explica su acoplamiento de parámetros libres, y estas membranas deben oscilar en 11 dimensiones.

La restricción básica es que necesita el número correcto de grados de libertad para que la oscilación de un agujero negro tenga sentido, y esto significa que necesita exactamente el número de dimensiones en la teoría de cuerdas.

Pero vivimos en tres dimensiones, ¿entonces los agujeros negros que vemos son matemáticamente inconsistentes? En realidad no, porque la inconsistencia solo se muestra a altas energías, a escalas pequeñas. Podemos entender que las oscilaciones tridimensionales son apropiadas para energías bajas, y las oscilaciones adicionales son las que solo aparecen a altas energías.

Es lo mismo que decir que las dimensiones son pequeñas. No puede ser solo un espacio en 3D, porque violaría los grados de libertad para agujeros negros a distancias cortas. Si encuentra grados de libertad no geométricos, puede usarlos, las dimensiones adicionales no tienen que interpretarse como dimensiones, porque cuando las dimensiones son pequeñas y cuánticas, no tiene libertad de movimiento total en esas dimensiones, estás limitado a llenar algunos estados cuánticos.

Lo de la coherencia selecciona las dimensiones de la teoría de cuerdas y le dice que necesita cosas adicionales, pero en nuestro universo, no significa que necesariamente podamos empujar partículas en dimensiones adicionales de aspecto geométrico, las cosas adicionales pueden ser muy abstractas, y solo relacionado con la geometría en una analogía floja. Hay todo tipo de modelos de cuerdas por ahí.

Tradicionalmente, los físicos pensaban que las partículas más pequeñas en los átomos eran como puntos, es decir, parecían puntos. Sin embargo, la evidencia recientemente descubierta sugiere que la partícula más pequeña no es un punto, como se pensaba anteriormente, sino más bien una cadena vibrante de energía. Pero los físicos también descubrieron que estas cuerdas necesitan más de tres dimensiones espaciales para vibrar. En particular, necesitan seis dimensiones espaciales adicionales. En todas las versiones de la teoría de cuerdas hay 10 dimensiones: “Tiempo” más las tres dimensiones espaciales habituales x, y, z (4 | Dimensiones, nuestro universo observable) ® más seis dimensiones espaciales adicionales que hacen un total de diez dimensiones (1 vez + 9 espacial = 10 dimensiones). Las dimensiones adicionales son pequeñas y rizadas en cada punto del espacio. Para imaginar una sola dimensión adicional, imagine que la hormiga en el video anterior se reduce miles de millones de veces. Entonces esta hormiga se vuelve lo suficientemente pequeña como para pasar a la dimensión circular extra (como una montaña rusa):

Sin embargo, en lugar de una dimensión circular adicional, hay seis dimensiones y no necesariamente circulares; pero todos están acurrucados en cada punto del espacio. La hormiga encontraría múltiples rutas como esta:

Mientras la hormiga permanezca en cualquiera de esas dimensiones adicionales, no podríamos verla ni chocar con ella, pero aún así detectaríamos su gravedad. En la Teoría M [Teoría M], Dark Mater no solo es masa en otras dimensiones sino que están en universos paralelos (donde las leyes de la física podrían no ser las mismas que las nuestras). Lo único compartido entre esos universos paralelos superpuestos es la gravedad. Agregue nuestro universo a esos universos paralelos que obtiene el Multiverso. La Gran teoría del campo unificado de la mecánica cuántica sugiere que la realidad consta de once dimensiones. ¿Pero cuáles son las implicaciones filosóficas de un universo multidimensional? Uno de los fundadores de la teoría de cuerdas ahora sugiere que el “fundamento de todo ser”, la sustancia más básica de la que se deriva todo lo demás, ¡es la CONCIENCIA! ¡Esto representa un cambio de paradigma para los materialistas que insisten en que la conciencia es una propiedad de la materia y NO al revés!

Pero no hay pruebas de que salgan … aún