La dimensión de un fractal está íntimamente relacionada con la manera
en que éste se extiende por el espacio.
Su dimensión nos da la capacidad del fractal de recubrir un espacio
de dimensión topológica superior a la suya,
de hecho, una trayectoria fractal de dimensión 2 es capaz de recubrir
el plano, y de dimensión 3 el espacio tridimensional.
Imaginemos que en un espacio de tres dimensiones nos encontramos con una especie de diablillo virtual moviéndose aleatoriamente, con total libertad, y tratando de recubrirlo por completo.
Su trayectoria será una línea quebrada, con infinidad de recovecos, cuyo fin será pasar por todos
los puntos del espacio.
Como línea de trayectoria que es su dimensión topológica será la unidad,
pero
su capacidad de recubrir el espacio nos indica
que estamos ante un objeto geométrico diferente
a los típicos objetos euclidianos que hemos estudiado en la escuela, como el punto, la línea o el plano de dimensiones cero, uno o dos. Este tipo de objetos es lo que Benoît Mandelbrot llamaba en 1975 objetos fractales, palabra que inventó a partir del adjetivo latino “fractus” (roto, fracturado).
Dimensión fractal. La dimensión que define la trayectoria del diablillo ya no es la dimensión clásica de una línea (la unidad), sino que a ella debemos añadir un coeficiente dimensional que nos indica su grado de irregularidad. La suma de los dos coeficientes nos da un nuevo valor dimensional al que llamamos dimensión fractal. En este caso hacemos la siguiente suma: dimensión geométrica clásica (1) + coeficiente dimensional (2) = dimensión fractal (3).
Dependencia con la distancia.
Dimensión fractal. La dimensión que define la trayectoria del diablillo ya no es la dimensión clásica de una línea (la unidad), sino que a ella debemos añadir un coeficiente dimensional que nos indica su grado de irregularidad. La suma de los dos coeficientes nos da un nuevo valor dimensional al que llamamos dimensión fractal. En este caso hacemos la siguiente suma: dimensión geométrica clásica (1) + coeficiente dimensional (2) = dimensión fractal (3).
Dependencia con la distancia. Hay un detalle más que nos da una idea del movimiento que lleva el diablillo.
La distancia total que recorre al cabo
de N de sus pasos debe ser sólo la raíz cúbica de su alejamiento efectivo a
un punto arbitrario, es decir para alejarse una distancia efectiva d, de un punto cualquiera, su recorrido total deberá ser d3.
Este exponente (3) nos está dando, también, la dimensión fractal del movimiento. En cierta forma es lógico que sea así, pues el volumen que intersecta
y recubre la trayectoria es del orden
del cubo de su distancia característica (Volumen = Lado3).
En una trayectoria espacial fractal:
(1) Distancia total recorrida = Distancia efectiva(dimensión fractal)
Siendo la dimensión fractal igual a la dimensión topológica más un coeficiente dimensional positivo, tanto mayor cuanto más intrincado sea el fractal,
En una trayectoria espacial fractal:
(1) Distancia total recorrida = Distancia efectiva(dimensión fractal)
Siendo la dimensión fractal igual a la dimensión topológica más un coeficiente dimensional positivo, tanto mayor cuanto más intrincado sea el fractal,
la expresión (1) quedaría:
(1) Distancia total recorrida = Distancia efectiva(dimensión topol. + coef. dimensional)
¿Puede la geometría del espacio modificar la dimensión fractal?
(1) Distancia total recorrida = Distancia efectiva(dimensión topol. + coef. dimensional)
¿Puede la geometría del espacio modificar la dimensión fractal?.Imaginemos una trayectoria fractal
que pasa desde un espacio de 3 dimensiones a otro de 2.
En la realidad podría ser el paso gradual de una tubería de 10 cm. x 10 cm.
a otra de 0,1 cm. x 1000 cm., del mismo caudal. Para, depende que movimiento,
el paso podría suponer cambiar, prácticamente, de 3 a 2 dimensiones.
En la nueva situación la dimensión topológica habría descendido
en una unidad, por lo que para el mismo coeficiente dimensional (que depende
de la irregularidad del fractal),
la nueva dimensión fractal sería menor.
La disminución de dimensiones topológicas actúa de forma opuesta (restando)
a como actúa el coeficiente dimensional (sumando).
Al final obtendríamos, en la práctica, un movimiento menos irregular
e intrincado.
El diablo Aleaxis y el efecto de ocultación de masa.
Aleaxis es un simpático e inconsciente diablillo que no para de dar pasos, a tontas y a locas de forma aleatoria, en cualquier dirección del plano. Su trayectoria es discontinua, puede ser representada por una línea quebrada que acabaría recubriendo todo el plano.
El diablo Aleaxis y el efecto de ocultación de masa.
Aleaxis es un simpático e inconsciente diablillo que no para de dar pasos, a tontas y a locas de forma aleatoria, en cualquier dirección del plano. Su trayectoria es discontinua, puede ser representada por una línea quebrada que acabaría recubriendo todo el plano.
En su torpeza, para recorrer una distancia efectiva de “n” pasos debe dar como media n x n , es decir n2 pasos: su trayectoria, en realidad, representa
un fractal, una estructura quebrada y discontinua de dimensión 2, la dimensión fractal que caracteriza al azar puro.
De forma similar, las fluctuaciones de energía del vacío
De forma similar, las fluctuaciones de energía del vacío
(principio de incertidumbre) representan a otro diablo, esta vez real y poderoso, que hace mucho más interesante nuestro universo.
Sin él el vacío estaría vacío, además de parecerlo, sería plano y estaría absolutamente quieto.
Este diablo, un tanto escurridizo y nada torpe, arruga
el espacio-tiempo y lo convierte en un fractal similar a la trayectoria de Aleaxis.
Esta vez, para que nosotros observemos “n pasos” de fluctuación
efectiva de energía, el diablo “da“ n x n x n pasos, es decir n3 .
Observando, solamente, los pasos efectivos de Aleaxis y sabiendo
Observando, solamente, los pasos efectivos de Aleaxis y sabiendo
que su trayectoria es un fractal podemos inferir que existe un “efecto
de ocultación de pasos”.
De la misma forma, al observar las fluctuaciones efectivas de energía del vacío (son las únicas que podemos observar) deducimos que hay un poderoso
“efecto de ocultación de energía “
(o masa, por el principio de equivalencia entre masa y energía).
El poderoso diablo de las fluctuaciones, además de arrugar el espacio-tiempo, enrolla parte de sus dimensiones para acentuar el “efecto de ocultación”.
El poderoso diablo de las fluctuaciones, además de arrugar el espacio-tiempo, enrolla parte de sus dimensiones para acentuar el “efecto de ocultación”.
Si sólo se limitara a arrugarlo las fluctuaciones de la energía interferirían
lo suficiente para no dejarnos ver el vacío como tal (al no depender del inverso de la distancia sino de su raiz cúbica).
En la realidad dependen del inverso de la distancia: a grandes distancias
su valor es despreciable, a pequeñas distancias es impresionantemente grande, contribuyendo a la impresión de un paradójico vacío “superdenso”.
El diablo actúa como un verdadero mago: esconde ingentes cantidades de masa, detrás de sus arrugas enrolladas, hasta que hace “aparecer” el vacío.
Sólo al acercarnos, “en las pequeñas distancias “, advertimos su truco.
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