La física normalmente parte de un espacio que ya tiene dimensiones.
Podemos describir una posición mediante (x,y,z), o un acontecimiento en el espacio-tiempo mediante (t,x,y,z), y algunas teorías físicas trabajan incluso con un número mayor de dimensiones.
Pero aquí quiero hacer una pregunta diferente:
¿Por qué el universo tiene dimensiones?
No me refiero todavía a por qué tiene tres dimensiones espaciales, ni a si podrían existir una cuarta, una quinta o dimensiones compactificadas.
La pregunta es más básica.
¿Por qué debería existir la dimensionalidad en primer lugar?
Para pensar esto desde el Omudio, intento retirar incluso el espacio de la explicación.
Supongamos que existen dos estados: A y B.
Si no existe ninguna diferencia física entre ellos, entonces escribir A ≠ B solo los diferencia en nuestra descripción.
Pero si existe una diferencia que puede preservarse, interactuar o producir alguna consecuencia, entonces esa diferencia ya tiene contenido físico.
Todavía no necesito llamarla distancia.
No necesito decir que A está aquí y B está allí.
Ni siquiera necesito colocarlos dentro de un espacio.
Solo necesito que exista una diferencia.
Ahora supongamos que aparece otra forma de diferencia que no puede reducirse a la primera.
Y después otra.
D₁, D₂, D₃, …, Dₙ
No estoy diciendo que estas diferencias sean dimensiones.
Lo que me interesa es precisamente preguntar en qué momento una independencia física podría llegar a tener significado dimensional.
En matemáticas, una dimensión representa un grado independiente. Si una variación en y no puede describirse únicamente mediante cambios en x, entonces hace falta otra coordenada.
Pero aquí quiero invertir el orden.
En lugar de comenzar con x, y, z y aceptar que las dimensiones ya existen, quiero comenzar con diferencias independientes y preguntar qué tendría que ocurrir para que algunas de ellas lleguen a comportarse como dimensiones.
De ahí surge una idea provisional:
dimensión ∼ grado independiente de diferenciación física
No propongo esto como una definición física de dimensión ni como una conclusión demostrada del Omudio.
Es solamente una forma distinta de plantear el problema.
Esto cambia también la manera en que puedo mirar una cuarta dimensión espacial.
Normalmente se escribe (x,y,z,w) y se pregunta dónde está w.
Pero antes podría preguntarse otra cosa:
¿Qué tendría que existir físicamente para que w deba interpretarse como una dimensión y no simplemente como otra propiedad del sistema?
Aquí aparece una conexión interesante con ideas que ya existen en física.
En modelos de Kaluza Klein, una dimensión adicional compactificada puede manifestarse, desde una descripción de menor dimensionalidad, mediante propiedades de los estados observados.
Esto no demuestra el Omudio y tampoco significa que las propiedades conocidas de las partículas sean dimensiones ocultas.
Lo que me interesa de ese ejemplo es que algo descrito como geometría desde un marco de mayor dimensionalidad puede aparecer como una propiedad desde otro de menor dimensionalidad.
Entonces puedo formular otra pregunta:
¿La diferencia entre «propiedad» y «dimensión» podría depender del nivel desde el que se describe la realidad?
Si sigo esta idea, tampoco quiero comenzar preguntando si el universo tiene cuatro, diez u once dimensiones.
Quiero ir un poco más atrás.
¿Puede existir una diferencia?
¿Puede preservarse?
¿Pueden existir varias diferencias independientes?
¿Pueden relacionarse?
¿Puede una estructura formada por esas relaciones adquirir aquello que después reconocemos como geometría?
El recorrido que imagino sería:
diferenciación → preservación → relaciones → estructura → geometría → dimensionalidad
Esto lleva a una posibilidad que me interesa explorar:
las dimensiones podrían ser una consecuencia, no el recipiente.
Si existieran distintos grados primitivos de diferenciación, no habría necesidad de llamarlos dimensiones desde el comienzo.
Podrían existir simplemente como D₁, D₂, …, Dₙ.
La pregunta sería si determinadas relaciones entre ellos podrían producir una estructura que posteriormente se comporte como espacio.
Incluso podría imaginarse, solo conceptualmente:
N grados primitivos → 3 dimensiones espaciales macroscópicas + otros grados internos
No afirmo que esto ocurra en la naturaleza.
No tengo todavía un mecanismo que produzca tres dimensiones ni una ecuación del Omudio que permita derivarlas.
Por eso esta idea no puede presentarse como una conclusión.
Lo que hace es cambiar la pregunta.
En lugar de preguntar solamente por qué existen tres dimensiones espaciales y no cuatro, puedo preguntar qué condiciones físicas harían que determinados grados de independencia llegaran a manifestarse como espacio macroscópico.
Esto también me devuelve a la pregunta original sobre el tiempo.
La duda inicial del Omudio era si tiene sentido colocar el tiempo antes de los procesos físicos que permiten distinguir una historia.
Ahora puedo hacer una pregunta semejante con el espacio:
¿Tiene sentido colocar el espacio antes de las relaciones que permiten distinguir separación?
Y después con las dimensiones:
¿Tiene sentido colocar la dimensionalidad antes de aquello que permite que existan diferencias independientes?
Quizá estas preguntas estén señalando un problema común.
Puedo intentar comenzar solamente con:
diferencia → preservación → relación
y preguntar qué puede aparecer después.
Tal vez separación, geometría, dimensionalidad e historia puedan adquirir significado a partir de estructuras más complejas.
No afirmo que necesariamente ocurra así.
La pregunta es justamente si puede ocurrir.
Por eso, para mí, el problema termina llegando a algo mucho más básico:
¿Qué es lo mínimo que debe existir antes de que tenga sentido hablar de un universo dimensional?
Y finalmente:
¿Por qué el universo tiene dimensiones?
Por ahora no tengo una respuesta matemática.
Creo que inventar una ecuación solamente para cerrar la idea sería introducir demasiado pronto aquello que todavía intento comprender.
Primero tendría que poder definirse con precisión qué significa una diferencia independiente preservable sin utilizar de antemano espacio, distancia, coordenadas o tiempo.
Solo entonces tendría sentido intentar trasladar la pregunta a matemáticas:
¿Bajo qué condiciones un conjunto de diferencias independientes y relaciones puede adquirir una métrica, una geometría y un número efectivo de dimensiones?
Ahí queda abierta esta parte del pensamiento.