¿Nuestro universo existe en más que solo tres dimensiones? Probablemente no en grandes escalas, según una nueva investigación publicada.

El estudio encontró que a través de vastas distancias en el espacio, el universo probablemente opera en las dimensiones que experimentamos en la Tierra. Los resultados también están ayudando a los científicos a comprender mejor la desconcertante naturaleza de la energía oscura, el fenómeno misterioso detrás de la expansión acelerada del universo.

En octubre de 2017, los científicos utilizaron el Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) para detectar una onda gravitacional producida en la colisión de dos estrellas de neutrones. Apodado GW170817, el evento también se vio con los telescopios tradicionales, lo que permite a los científicos estudiar simultáneamente la ocurrencia a través de ondas gravitacionales y ondas de luz. Las medidas duales permiten que los científicos aprendan todo tipo de cosas sobre nuestro universo, incluidas las dimensiones que podría contener. Los nuevos resultados también ofrecen evidencia adicional para la relatividad general de Albert Einstein.

Kris Pardo, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en la Princeton University, dijo en un comunicado:

La relatividad general dice que la gravedad debería funcionar en tres dimensiones, y [los resultados] muestran que eso es lo que vemos”.

Mientras que la relatividad general ha demostrado hasta ahora ser acertada en la descripción de nuestro universo, hay una cosa que no puede explicar muy bien: por qué la expansión de nuestro universo se está acelerando. Los científicos apodaron la causa de esta aceleración como «energía oscura», pero nadie sabe qué es. Algunas teorías modifican la gravedad para explicar la expansión, lo que sugiere que la gravedad funciona de manera diferente en grandes escalas. Muchas de estas ideas predicen que existen otras dimensiones, y que podrían ser exploradas por ondas gravitacionales.

Tessa Baker, cosmóloga de la Oxford University en Inglaterra que no participó en el estudio, dijo en un comunicado:

Todo este esfuerzo de buscar teorías modificadas de la gravedad está en esencia impulsado por el misterio de la energía oscura. Estamos tratando de encontrar: ¿Hay alguna manera de modificar las leyes de la gravedad para explicar por qué la expansión del universo se está acelerando?”.

De acuerdo con muchas de estas teorías, si existen dimensiones extra, las ondas gravitatorias se “filtrarían” a esas dimensiones, causando que las ondas se debiliten a medida que atraviesan el universo. Los científicos en el estudio reciente midieron qué tan lejos viajaron las ondas gravitacionales y las ondas de luz de GW170817 para llegar a la Tierra, pero los investigadores no encontraron ningún indicio del debilitamiento que se asociaría con las dimensiones adicionales.

Los nuevos resultados excluyen solo grandes dimensiones. Como tales, no ponen ninguna restricción en las dimensiones de más de 10 predichas por la teoría de cuerdas, una teoría en física que sugiere que todo está compuesto de pequeñas cuerdas vibratorias. Sin embargo, los nuevos hallazgos muestran que a través de escalas de aproximadamente 1 milla (1.6 kilómetros) hasta al menos 80 millones de años luz, el universo es tridimensional. El hallazgo descarta aún más las dimensiones más grandes, pero solo si tienen efectos visibles sobre la física en escalas menores de 80 millones de años luz.

Los investigadores también utilizaron los datos para calcular la vida útil del gravitón, una partícula teórica que, si existe, transmite la fuerza de la gravedad. Los científicos encontraron que esa vida es de al menos 450 millones de años. En otras palabras, el gravitón no se descompone en partículas más ligeras durante este tiempo. Algunas teorías de la gravedad modificadas predicen tal desintegración, por lo que este cálculo de la vida útil del gravitón podría usarse en futuros eventos de ondas gravitacionales que ocurren en otras partes del universo, ayudando a probar aún más estas teorías.

Por ahora, el universo parece tener solo esas dimensiones a las que estamos acostumbrados. Pero no se desesperen,  escritores de ciencia ficción y aficionados al viaje en el tiempo: las dimensiones más pequeñas y compactas todavía pueden ser posibles.

El estudio científico ha sido publicado en Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.