¿Por qué vivimos en un universo con tres dimensiones espaciales y una temporal: 3 + 1, como dirían los cosmólogos? ¿Por qué exactamente esta combinación y no 4 + 2 o 2 + 1? Durante la última década, los físicos han explorado esta cuestión muchas veces, contemplando otros universos con diferentes propiedades para comprender si la vida compleja podría existir en ellos o no. E inevitablemente llegaron a la conclusión de que no podría existir en un universo con cuatro dimensiones espaciales o dos temporales. Entonces, los humanos inevitablemente terminarán (y terminarán) en un universo 3 + 1.
Este es el argumento antrópico: la idea de que el universo debe tener las propiedades necesarias para la supervivencia de los observadores.
¿Cómo se ve un universo bidimensional?
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Pero, ¿qué pasa con los universos más simples como 2 + 1? Los físicos teorizaron que las dos dimensiones del espacio pueden no proporcionar suficiente complejidad para sustentar la vida. También creen que la gravedad no funcionará en dos dimensiones, por lo que no se pueden formar objetos como el sistema solar. Pero, ¿es realmente así?
James Scargill de la Universidad de California, Davis, contrariamente a todas las expectativas, demostró que un universo de 2 + 1 dimensiones podría soportar tanto la gravedad como la vida compleja. Su trabajo socava el argumento antrópico de los cosmólogos y filósofos, quienes tendrán que buscar otra razón por la que el universo toma la forma que toma.
Primero, un poco de historia. Uno de los grandes misterios científicos es por qué las leyes de la física parecen afilarse (o perfeccionarse) de por vida. Por ejemplo, el valor numérico de la constante de estructura fina parece arbitrario (aproximadamente 1/137) y, sin embargo, varios físicos han señalado que si fuera ligeramente diferente, no se podrían haber formado átomos y objetos más complejos. En un universo así, la vida sería imposible.
El enfoque antrópico es que si la constante de estructura fina adquiriera cualquier otro valor, no habría observadores que pudieran medirla. ¡Por eso tiene el valor que medimos!
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En la década de 1990, Max Tegmark, ahora físico en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, desarrolló un argumento similar para el número de dimensiones del universo. Argumentó que si hubiera más de una dimensión temporal, las leyes de la física no tendrían las propiedades que los observadores necesitan para predecir. Esto definitivamente descartaría la existencia de físicos y posiblemente la vida misma.
Pasemos ahora a las propiedades de los universos con cuatro dimensiones espaciales. En un espacio así, las leyes del movimiento de Newton serían muy sensibles a pequeñas perturbaciones. Una consecuencia de esto es que no se podrían formar órbitas estables, por lo que no habría sistemas solares u otras estructuras similares. “En un espacio con más de tres dimensiones, no puede haber átomos tradicionales y posiblemente estructuras estables”, dice Tegmark.
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Por tanto, las condiciones de vida parecen improbables en universos con más dimensiones que el nuestro. Pero el argumento es que los universos con menos dimensiones son menos seguros.
Existe la opinión de que la teoría general de la relatividad no funciona en dos dimensiones, por lo que no puede haber gravedad.
Pero James Scargill piensa de manera diferente. En su artículo, muestra que un campo gravitacional puramente escalar y mucho más simple puede ser posible en dos dimensiones, y esto permitiría órbitas estables y cosmología inteligente. Solo queda mostrar cómo la complejidad puede surgir en las dimensiones 2 + 1. Scargill aborda este problema en términos de redes neuronales. Señala que la complejidad de las redes neuronales biológicas puede caracterizarse por varias propiedades especiales que cualquier sistema 2D debe reproducir.
Entre ellos se encuentra la propiedad del "mundo pequeño", un modelo de comunicación que le permite atravesar una red compleja en unos pocos pasos. Otra propiedad de las redes cerebrales es que operan en un modo que está delicadamente equilibrado entre la transición del modo de alta actividad al modo de baja actividad: criticidad. Esto también parece ser posible solo en redes con una jerarquía modular, en la que se combinan subredes pequeñas para formar redes más grandes.
La pregunta que hace Scargill es si hay redes 2D que tengan todas estas características: propiedades de mundo pequeño, jerarquía modular y comportamiento crítico.
Esto parece poco probable al principio, porque en los gráficos 2D, los nodos están conectados a través de bordes que se cruzan entre sí. Pero Scargill muestra que las mallas 2D se pueden construir de forma modular y que estos gráficos tienen ciertas propiedades de mundo pequeño.
También muestra que estas redes pueden operar en un punto de transición entre dos comportamientos, demostrando así criticidad. Y este es un resultado sorprendente, que sugiere que las redes 2D pueden admitir un comportamiento sorprendentemente complejo. Por supuesto, esto no prueba que el universo 2 + 1 realmente pueda albergar vida. Se necesitará más trabajo para saberlo con seguridad.
