Ons universum heeft misschien een vijfde dimensie

Ons universum heeft misschien een vijfde dimensie
Ons universum heeft misschien een vijfde dimensie
Anonim

In 1905 toonde Albert Einstein in zijn speciale relativiteitstheorie aan dat ruimte nauw verwant is aan tijd door de kosmische limiet van de lichtsnelheid, en daarom leven we strikt genomen in een universum met vier dimensies van ruimte-tijd.

Voor alledaagse doeleinden stellen we het universum echter voor in drie dimensies van de ruimte (noord-zuid, oost-west, up-down) en één dimensie van tijd (verleden-toekomst). In dit geval zal de vijfde dimensie een extra dimensie van ruimte zijn.

Een dergelijke meting werd onafhankelijk voorgesteld door natuurkundigen Oscar Klein en Theodor Kaluza in de jaren 1920. Ze waren geïnspireerd door Einsteins zwaartekrachttheorie, die aantoonde dat massa vierdimensionale ruimtetijd buigt.

Omdat we geen vier dimensies kunnen waarnemen, schrijven we beweging in de aanwezigheid van een massief lichaam zoals een planeet toe aan de "kracht" van de zwaartekracht.

Zou een andere kracht die op dat moment bekend was (elektromagnetische kracht) kunnen worden verklaard door de kromming van de extra dimensie van de ruimte? Kaluza en Klein ontdekten dat dit mogelijk was.

Maar aangezien de elektromagnetische kracht 1040 keer sterker is dan de zwaartekracht, zou de kromming van de extra dimensie zo groot moeten zijn dat het zou worden opgerold in een ringetje dat veel kleiner is dan een atoom, en het zou onmogelijk zijn om het op te merken.

Wanneer een deeltje, zoals een elektron, door de voor ons onzichtbare ruimte reist, zal het rond de vijfde dimensie draaien, als een hamster in een wiel.

De vijfdimensionale theorie van Kaluza en Klein kreeg een zware klap als gevolg van de ontdekking van nog twee fundamentele krachten die in het gebied van de atoomkern werken: sterke en zwakke nucleaire interacties.

Maar het idee dat extra dimensies krachten verklaren, werd een halve eeuw later nieuw leven ingeblazen door voorstanders van de 'snaartheorie', die de fundamentele bouwstenen van het universum niet als deeltjes beschouwt, maar als kleine 'strengen' van massa-energie. Om alle vier de krachten na te bootsen, trillen de snaren in 10-dimensionale ruimte-tijd, met de zes dimensies opgerold tot een grootte die veel kleiner is dan een atoom.

De snaartheorie gaf aanleiding tot het idee dat ons universum een driedimensionaal eiland of "braan" zou kunnen zijn (een hypothetisch fundamenteel multidimensionaal fysiek object dat kleiner is dan de dimensie van de ruimte waarin het zich bevindt) dat in een 10-dimensionale ruimte-tijd zweeft.

Dit opende een intrigerende mogelijkheid om uit te leggen waarom de zwaartekracht zo zwak is in vergelijking met de andere drie fundamentele krachten. Terwijl de krachten aan de braan vastzitten, is het idee dat de zwaartekracht in zes extra ruimtelijke dimensies sijpelt, waardoor de sterkte ervan op de braan sterk verzwakt.

Er is een manier om een grotere vijfde dimensie te krijgen die zo gekromd is dat we hem niet kunnen zien, en dit werd in 1999 voorgesteld door natuurkundigen Lisa Randall en Raman Sundram. Een extra ruimtelijke dimensie zou zelfs een van de grote kosmische mysteries kunnen verklaren: de identiteit van 'donkere materie', onzichtbare materie die een factor zes groter lijkt te zijn dan zichtbare sterren en sterrenstelsels.

In 2021 suggereerde een groep natuurkundigen van de Johannes Gutenberg-universiteit in Mainz, Duitsland, dat de zwaartekracht van tot nu toe onbekende deeltjes die zich in de latente vijfde dimensie voortplanten, zich in ons vierdimensionale universum zou kunnen manifesteren als extra zwaartekracht, die we momenteel toeschrijven aan donkere materie.

Het is vermeldenswaard dat er geen tekort is aan mogelijke kandidaten voor donkere materie, inclusief subatomaire deeltjes die bekend staan als axions, zwarte gaten en materie uit de toekomst!

Aanbevolen: