Las dimensiones de la vida

Las dimensiones de la vida

Cuando uno le da vueltas al tema de la vida en el Universo y la habitabilidad del mismo, tarde o temprano se plantea la pregunta de cuáles son los requisitos mínimos imprescindibles para que la vida sea, cuanto menos, factible: ¿es necesaria el agua? ¿es indispensable la química del carbono? ¿ha de haber una estrella cerca? ¿son inevitables los planetas?

Desde mi punto de vista, la respuesta correcta a esta pregunta fue la que dio Carl Sagan en su famosa receta de la tarta de manzana: “Si se quiere hacer una tarta de manzana partiendo de cero, hay que inventar primero el Universo”. No es una obviedad. Aunque sea algo que demos por sentado, la vida no podría existir sin el espacio tridimensional, donde existen las cosas, y el tiempo, que permite que haya procesos. Como mínimo, ambos deben existir. Y ambos aparecieron con el Universo.

¡Un momento! He dicho “espacio tridimensional”. ¿No debería haber dicho simplemente espacio? Parece obvio que, sin espacio de algún tipo, no pueda haber seres vivos, pero ¿por qué necesariamente tridimensional? A fin de cuentas, algunos organismos, como los platelmintos, son prácticamente planos. Al carecer de sistema circulatorio, sus células reciben oxígeno por difusión a través de la piel, y su cuerpo debe ser extremadamente plano para que todo el organismo tenga su ración de oxígeno. Parecen apañárselas muy bien viviendo en dos dimensiones.

Algo similar ocurre con los cheela, los inteligentes protagonistas de la novela “Huevo del dragón”, de Robert Forward. Huevo del Dragón es el nombre de una estrella de neutrones donde las reacciones nucleares hacen un papel análogo al de las reacciones químicas en nuestro mundo. Allí se ha desarrollado todo un ecosistema de seres vivos de materia neutrónica que, debido a la enorme gravedad superficial (varios miles de millones de g) son extremadamente planos. Las montañas de Huevo del Dragón tienen casi un milímetro de altura y una caída desde una de ellas es mortal de necesidad. Por su parte los médicos cheela no necesitan aparatos para estudiar las tripas de sus pacientes; basta con elevarse un poco y mirar por encima del enfermo para ver su interior.

Estos organismos son ejemplos estimulantes que ofrecen soluciones a algunos de los problemas de vivir en dos dimensiones. Pero “prácticamente plano” no es igual a “plano”, y aunque la tercera dimensión parezca tener muy poca relevancia en el día a día de cheelas y platelmintos, en realidad no podrían vivir sin ella (sin ir más lejos, los platelmintos reciben su oxígeno “desde arriba”). ¿Es entonces imposible la vida en un mundo estrictamente bidimensional?

En la novela “Planilandia” (Flatland en el original), publicada en 1884 por el clérigo inglés Edwin A. Abbott, se nos presenta un universo bidimensional poblado por organismos realmente planos. El protagonista, A. Square, es un cuadrado que tiene la posibilidad de viajar a la tercera dimensión y visitar a seres unidimensionales. Pero ¿podría tener el protagonista bidimensional, por ejemplo, un tubo digestivo que lo atravesara?

Stephen Hawking, partidario de la imposibilidad de la vida en dos dimensiones, asegura que no, pues el organismo quedaría partido en dos mitades. Pero si el tubo digestivo fuera lo bastante zigzagueante, ambas mitades podrían permanecer unidas como piezas de puzzle, aunque eso sí, no habría comunicación entre ellas. Aunque se podría pensar en las dos mitades como dos organismos simbióticos que cooperan, compartiendo un tubo digestivo. También podría haber organismos con una bolsa estómago cuya única apertura sirva a la vez de boca y ano, como nuestras tridimensionales hidras.

a.square

Si A. Square tuviera un tubo digestivo que lo atravesara de parte a parte, quedaría partido por la mitad, algo muy inconveniente. A no ser que fuera un tubo tan zigzagueante que ambas mitades quedaran unidas como piezas de un puzzle ¿pero no sería esto un caso de doble personalidad? Una opción mejor: un saco digestivo y que la boca sea al mismo tiempo el ano (aunque eso sí, con graves consecuencias para el buen aliento).

Aún así, con menos de tres dimensiones la complejidad se reduce mucho. De hecho, los impedimentos para la vida en un mundo bidimensional pueden ser más profundos: la mayoría de las moléculas que componen los organismos tienen una estructura tridimensional que es tan importante como su composición química. Además, incluso las interacciones entre moléculas “bidimensionales” (como la del agua) en muchos casos se dan sólo a través de la tercera dimensión.

¿Y qué ocurre con la vida en cuatro o más dimensiones espaciales? Uno podría pensar que todo lo que ocurre en tres dimensiones también podrá ocurrir en cuatro, ya que lo primero es un subconjunto de lo segundo. Y además, si con tres dimensiones hay más complejidad que con dos o con una, con cuatro tendremos todavía más. Y sin embargo…

Si hacemos caso a las teorías de supercuerdas, que intentan unificar la física cuántica con la gravitación einsteiniana, el Universo tiene un mínimo de ¡9 dimensiones espaciales! (algunos modelos llegan incluso a la friolera de 25). El problema está en que sólo vemos tres. ¿Cómo conciliar observación con teoría? Mediante un astuto truco.

Para entenderlo, hagamos una paradita justo antes del Big Bang. Si miramos en ese momento alrededor veremos que el Universo es extraordinariamente simple: no hay ni materia, ni energía. Tan sólo un ínfimo espacio vacío con un tamaño millones de veces más pequeño que el de un átomo. Pero la elevadísima densidad de energía que tiene ese minúsculo espacio vacío lo deforma, curvándolo hasta un extremo increíble: si viajamos en línea recta por él (en la dirección de cualquiera de sus numerosas dimensiones), volvemos al punto de partida tras haber recorrido apenas 10-20 cm. En realidad, no nos daríamos cuenta de haber hecho ese viaje. Y ahí reside la clave.

Justo después seguirá la etapa inflacionaria, una expansión acelerada del Universo causada (simplificándolo mucho) por la aparición de una inconmensurable avalancha de bosones de Higgs (una partícula predicha por la teoría cuántica de campos): aparecen tantísimos en el minúsculo Universo original que, sencillamente, no caben en él. La presión de tanta partícula en un espacio tan reducido hace que éste se tenga que expandir aceleradamente para hacerles sitio. Vamos, lo que se dice un Big Bang.

Pero no todas las dimensiones del Universo se “bigbangizan”. ¡Sólo lo hacen tres! Las restantes siguen siendo tan pequeñas como siempre. Así, si usted viaja en línea recta por una de esas otras dimensiones perpendiculares a las tres conocidas (y posiblemente lo esté haciendo en este mismo momento), volverá al punto de partida tras avanzar tan sólo 10-20 cm, con lo que no se dará cuenta. De esta forma, los teóricos de supercuerdas consiguen solventar la absoluta discrepancia de sus modelos multidimensionales con la observación. Aunque no ofrecen ninguna explicación de por qué tres y sólo tres dimensiones sufrieron tal destino.

Así que les voy a dejar con una reflexión de cosecha propia. Resulta que el espacio tridimensional tiene una propiedad exclusiva que no tienen los espacios de cualquier otra dimensión, ni menor, ni tampoco mayor: una operación matemática entre vectores que tan sólo puede darse en un espacio vectorial tridimensional: el producto vectorial. Y resulta que muchas de las leyes fundamentales de la física son productos vectoriales, como el campo magnético, el momento angular, el movimiento de cargas eléctricas… leyes que no tendrían significado en un espacio que no fuera tridimensional. ¿Forzó esto la existencia de un Universo con tres dimensiones espaciales gigantes? ¿Fuerza a que la vida tenga que ser necesariamente tridimensional? Por supuesto, no lo sabemos, pero a mí al menos me hace ver con otros ojos aquellas aburridas lecciones sobre espacios vectoriales. Y eso ya es algo.
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Publicado originalmente en Mètode.