Το Σύμπαν μας μπορεί να έχει μια πέμπτη διάσταση που θα άλλαζε όλα όσα γνωρίζουμε για τη φυσική

Το 1905, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έδειξε στην Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας ότι ο χώρος είναι στενά συνδεδεμένος με τον χρόνο μέσω του κοσμικού ορίου ταχύτητας του φωτός και έτσι, αυστηρά μιλώντας, ζούμε σε ένα Σύμπαν με τέσσερις διαστάσεις χωροχρόνου. Για καθημερινούς σκοπούς, ωστόσο, σκεφτόμαστε το Σύμπαν σε τρεις διαστάσεις του χώρου (βορράς-νότος, ανατολή-δύση, πάνω-κάτω) και μία διάσταση του χρόνου (παρελθόν-μέλλον). Σε αυτήν την περίπτωση, μια πέμπτη διάσταση θα ήταν μια επιπλέον διάσταση του χώρου.

Μια τέτοια διάσταση προτάθηκε ανεξάρτητα από τους φυσικούς Oskar Klein και Theodor Kaluza τη δεκαετία του 1920. Εμπνεύστηκαν από τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν, η οποία έδειξε ότι η μάζα στρεβλώνει τον τετραδιάστατο χωροχρόνο.

Εφόσον δεν είμαστε σε θέση να αντιληφθούμε αυτές τις τέσσερις διαστάσεις, αποδίδουμε την κίνηση παρουσία ενός τεράστιου σώματος, όπως ένας πλανήτης, όχι σε αυτή την καμπυλότητα αλλά σε μια «δύναμη» βαρύτητας. Θα μπορούσε η άλλη γνωστή τότε δύναμη (η ηλεκτρομαγνητική δύναμη) να εξηγηθεί από την καμπυλότητα μιας επιπλέον διάστασης του χώρου;

Η Kaluza και ο Klein βρήκαν ότι μπορούσε. Αλλά επειδή η ηλεκτρομαγνητική δύναμη ήταν 1.040 φορές ισχυρότερη από τη βαρύτητα, η καμπυλότητα της πρόσθετης διάστασης έπρεπε να είναι τόσο μεγάλη ώστε να τυλίγεται πολύ μικρότερη από ένα άτομο και θα ήταν αδύνατο να την παρατηρήσει κανείς. Όταν ένα σωματίδιο όπως ένα ηλεκτρόνιο ταξίδευε μέσα στο διάστημα, αόρατο σε εμάς, θα γύριζε γύρω από την πέμπτη διάσταση, όπως ένα χάμστερ σε τροχό.

Η πενταδιάστατη θεωρία των Kaluza και Klein δέχτηκε ένα σοβαρό πλήγμα με την ανακάλυψη δύο ακόμη θεμελιωδών δυνάμεων που δρούσαν στο βασίλειο του ατομικού πυρήνα:τις ισχυρές και τις αδύναμες πυρηνικές δυνάμεις.

Αλλά η ιδέα ότι οι επιπλέον διαστάσεις εξηγούν δυνάμεις αναβιώθηκε μισό αιώνα αργότερα από τους υποστηρικτές της «θεωρίας χορδών», η οποία βλέπει τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία του Σύμπαντος όχι ως σωματίδια, αλλά ως μικροσκοπικές «χορδές» ενέργειας μάζας. Για να μιμηθούν και τις τέσσερις δυνάμεις, οι χορδές δονούνται σε 10-διάστατο χωροχρόνο, με έξι διαστάσεις του χώρου που τυλίγονται πολύ μικρότερες από ένα άτομο.

Η θεωρία χορδών προκάλεσε την ιδέα ότι το Σύμπαν μας μπορεί να είναι ένα τρισδιάστατο νησί, ή «βράνη», που επιπλέει στον 10-διάστατο χωροχρόνο. Αυτό δημιούργησε την ενδιαφέρουσα πιθανότητα να εξηγήσουμε γιατί η βαρύτητα είναι τόσο ασυνήθιστα αδύναμη σε σύγκριση με τις άλλες τρεις θεμελιώδεις δυνάμεις. Ενώ οι δυνάμεις είναι καρφωμένες στη βράνη, είναι η ιδέα, η βαρύτητα διαρρέει στις έξι επιπλέον διαστάσεις του χώρου, μειώνοντας εξαιρετικά τη δύναμή της στη βράνη.

Υπάρχει ένας τρόπος να έχουμε μια μεγαλύτερη πέμπτη διάσταση, η οποία είναι κυρτή με τέτοιο τρόπο ώστε να μην τη βλέπουμε, και αυτό προτάθηκε από τους φυσικούς Lisa Randall και Raman Sundrum το 1999. Μια επιπλέον διάσταση του χώρου μπορεί να εξηγήσει ακόμη και ένα τα μεγάλα κοσμικά μυστήρια:η ταυτότητα της «σκοτεινής ύλης», το αόρατο υλικό που φαίνεται να ξεπερνά τα ορατά αστέρια και τους γαλαξίες κατά έξι φορές.

Το 2021, μια ομάδα φυσικών από το Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg στο Μάιντς της Γερμανίας πρότεινε ότι η βαρύτητα των μέχρι τώρα άγνωστων σωματιδίων που διαδίδονται σε μια κρυφή πέμπτη διάσταση θα μπορούσε να εκδηλωθεί στο τετραδιάστατο σύμπαν μας ως η επιπλέον βαρύτητα που αποδίδουμε αυτήν τη στιγμή στη σκοτεινή ύλη.

Αν και μια συναρπαστική πιθανότητα, αξίζει να επισημανθεί ότι δεν υπάρχει έλλειψη πιθανών υποψηφίων για τη σκοτεινή ύλη, συμπεριλαμβανομένων των υποατομικών σωματιδίων που είναι γνωστά ως αξιόνια, μαύρες τρύπες και ύλη αντίστροφου χρόνου από το μέλλον!

Διαβάστε περισσότερα:

• Τι είναι η αντιύλη και γιατί λείπει από το Σύμπαν σήμερα;
• Χρειαζόμαστε μια θεωρία για τα πάντα;
• Πού είναι η άκρη του παρατηρήσιμου Σύμπαντος; Και τι είναι πέρα;
• Ζούμε σε μια προσομοίωση;