Como seres humanos, observamos el mundo en el que vivimos en tres dimensiones. Sin embargo, es ciertamente teóricamente posible que existan más dimensiones.
¿Hay alguna evidencia directa o indirecta que respalde una cuarta dimensión?
No. A menos que consideres el tiempo como la cuarta dimensión. También la investigación actual sugiere que el espacio-tiempo se vuelve bidimensional a altas energías y distancias muy pequeñas. Entonces, sí, la dimensionalidad del espacio-tiempo es un concepto mutable en la física moderna. Pero no se ha encontrado evidencia experimental, indirecta o directa, de una cuarta dirección espacial o una segunda dirección temporal.
Alguien seguramente cuestionará mi afirmación de que "el espacio-tiempo se vuelve bidimensional a altas energías y distancias muy pequeñas". Mi referencia de respaldo para esto es el artículo reciente de Carlip The Small Scale Structure of Spacetime , donde considera aportes de cinco o seis líneas de investigación teóricas diferentes. Por supuesto, seguramente habrá un espectro de opiniones sobre este tema.
Suponiendo que se refiere a dimensiones espaciales, Nima Arkani-Hamed tiene algunas ideas y artículos sobre el tema. Aquí hay un artículo popular: http://www.nature.com/nature/journal/v433/n7021/full/433010a.html
La idea de una cuarta dimensión fue popularizada por Charles Hinton a fines del siglo XIX: http://en.wikipedia.org/wiki/Charles_Howard_Hinton y, por supuesto, por Edwin Abbott (Flatland). Luego, están las versiones modernas, como The Higher Dimensions Family Church :) http://en.wikipedia.org/wiki/Carlton_Pearson
No son datos, pero...
Los teóricos de cuerdas y otras personas del TOE dirían que una sola teoría que exhibe todas las simetrías requeridas solo tiene representaciones en dimensiones más altas.
Luego tratan "¿Entonces por qué no podemos ver a los otros?" dándoles condiciones límite periódicas en escalas de longitud más pequeñas que las que hemos podido probar.
Estas serían dimensiones espaciales "extra", pero no tendrían ningún efecto interesante en la vida cotidiana.
En la física newtoniana, hay 3 dimensiones de espacio y hay tiempo. Todo lo que sucede en estas 3 dimensiones del espacio y el tiempo es solo un parámetro que mide la evolución de las cosas (por ejemplo, el cambio en las posiciones de una partícula).
En la Relatividad Especial, se postuló que las 3 dimensiones del espacio y el tiempo deberían considerarse en igualdad de condiciones y que el tiempo también debería verse como una dimensión. El hecho de que ese fuera el caso se demostró al probar la validez de las transformaciones relativistas entre varios marcos de referencia que mezclaban el tiempo con el espacio. Pero debido a que un marco de referencia en Relatividad Especial puede considerarse como un marco universal para ese observador en particular, introdujo el tiempo en un sentido absoluto y, por lo tanto, uno podría considerar nuevamente que el tiempo es solo un parámetro para ese observador en particular.
La Relatividad General estableció la plena equivalencia del tiempo y el espacio como partes del espacio-tiempo, en el sentido de que geometrizó completamente la gravedad y el lugar donde todo sucede es el espacio-tiempo de 4 dimensiones con 3 dimensiones de espacio y 1 de tiempo. Las pruebas que respaldan la visión geométrica del espacio-tiempo son las que respaldan el principio de equivalencia de Einstein, que establece que cada marco de caída libre no experimenta ningún efecto gravitatorio o que un observador acelerado no puede distinguir con experimentos locales su marco acelerado de un campo gravitatorio.
Entonces, para citar algunos experimentos que verifican el principio de equivalencia de Einstein, tenemos:
Si consideramos la capacidad calorífica de un gas monoatómico, responderá a la pregunta de cuántos grados de libertad independientes existen en el espacio. El experimento da tres dimensiones espaciales.
Ya que estuvo aquí ayer, ciertamente está aquí en este momento y esperamos que esté aquí mañana, ¡hay evidencia bastante convincente de una dimensión adicional!
Para ser menos frívolo, aquí hay un ejemplo más vívido. Supongamos que un disco infinitamente delgado (como una moneda sin grosor perceptible) apareció en su escritorio el martes al mediodía y permaneció allí hasta el jueves al mediodía cuando desapareció. Podemos pensar en este objeto como un cilindro con la sección transversal del disco y una "longitud" de dos días. El tiempo se trata aquí como análogo a la tercera dirección espacial.
Para describir un mundo que se extiende tanto en el tiempo como en el espacio 3D necesitamos esa coordenada de tiempo adicional que constituye una cuarta dimensión. Como indican otras respuestas, en relatividad, la dimensión del tiempo se distingue de las direcciones espaciales por un cambio de signo en la definición del intervalo de espacio-tiempo.
Si piensas en el tiempo como lo percibimos como una cuarta dimensión, el tiempo es en realidad todo espacio y viceversa. Solo podemos percibir el presente en cualquier momento, por lo que supongo que cada momento es su propia dimensión o universo, lo que hace que el tiempo sea un registro de todo el espacio en cada momento de alguna manera. El pasado nunca puede cambiarse y el futuro no puede verse afectado hasta que sea el presente. Es por eso que el espacio-tiempo lo describe como físicamente igual, pero solo podemos percibir y hacer uso del tiempo para realizar un seguimiento y mantener horarios y recuerdos.
Creo que es más probable que haya infinitas líneas de tiempo y nosotros en nuestro universo o dimensión vivamos una de las infinitas combinaciones de una vida de "momentos presentes".
Abhimanyu Pallavi Sudhir