Το 1905, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έδειξε στην Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας ότι ο χώρος είναι στενά συνδεδεμένος με το 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). Στην περίπτωση αυτή, μια πέμπτη διάσταση θα ήταν μια επιπλέον διάσταση του χώρου.

Μια τέτοια διάσταση προτάθηκε 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 παραμορφώνει τον χωροχρόνο 4 διαστάσεων.

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

Οι Kaluza και Klein διαπίστωσαν ότι θα μπορούσε. Αλλά εφόσον η ηλεκτρομαγνητική δύναμη ήταν 1.040 φορές ισχυρότερη από τη βαρύτητα, η καμπυλότητα της επιπλέον διάστασης έπρεπε να είναι τόσο μεγάλη ώστε να τυλίγεται πολύ μικρότερη από ένα άτομο και να είναι αδύνατο να την αντιληφθεί κανείς. Όταν ένα σωματίδιο, όπως ένα ηλεκτρόνιο, ταξίδευε μέσα στο διάστημα, αόρατο σε εμάς, θα έκανε κύκλους γύρω από την πέμπτη διάσταση, σαν το χάμστερ στον τροχό.

Η θεωρία 5 διαστάσεων των Kaluza και Klein δέχθηκε σοβαρό πλήγμα από την ανακάλυψη δύο ακόμη θεμελιωδών δυνάμεων που λειτουργούσαν στη σφαίρα του ατομικού πυρήνα: της ισχυρής και της ασθενούς πυρηνικής δύναμης.

Αλλά η ιδέα ότι οι επιπλέον διαστάσεις εξηγούν τις δυνάμεις, αναβίωσε μισό αιώνα αργότερα από τους υποστηρικτές της «θεωρίας των χορδών», η οποία θεωρεί τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία του Σύμπαντος όχι ως σωματίδια, αλλά ως μικροσκοπικές «χορδές» μάζας-ενέργειας. Για να μιμηθούν και τις τέσσερις δυνάμεις, οι χορδές δονούνται σε χωροχρόνο 10 διαστάσεων, με 6 διαστάσεις του χώρου να είναι πολύ μικρότερες από ένα άτομο.

Η θεωρία των χορδών γέννησε την ιδέα ότι το Σύμπαν μας θα μπορούσε να είναι ένα τρισδιάστατο νησί, ή “μεμβράνη”, που επιπλέει σε 10διάστατο χωροχρόνο. Αυτό δημιούργησε την ενδιαφέρουσα πιθανότητα να εξηγηθεί γιατί η βαρύτητα είναι τόσο εξαιρετικά ασθενής σε σύγκριση με τις άλλες τρεις θεμελιώδεις δυνάμεις. Ενώ οι δυνάμεις είναι καθηλωμένες στη μεμβράνη, σύμφωνα με την ιδέα, η βαρύτητα διαρρέει στις έξι επιπλέον διαστάσεις του χώρου, αμβλύνοντας σε τεράστιο βαθμό τη δύναμή της στη μεμβράνη.

Υπάρχει ένας τρόπος να έχουμε μια μεγαλύτερη πέμπτη διάσταση, η οποία είναι καμπυλωμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να μην τη βλέπουμε, και αυτό προτάθηκε από τους φυσικούς Lisa Randall και Raman Sundrum το 1999. Μια επιπλέον διαστημική διάσταση θα μπορούσε να εξηγήσει ακόμη και ένα από τα μεγάλα κοσμικά μυστήρια: την ταυτότητα της «σκοτεινής ύλης», της αόρατης ύλης που φαίνεται να υπερτερεί των ορατών άστρων και γαλαξιών κατά έξι φορές.

Το 2021, μια ομάδα φυσικών από το Πανεπιστήμιο Γιοχάνες Γκούτενμπεργκ στο Μάιντς της Γερμανίας πρότεινε ότι η βαρύτητα άγνωστων μέχρι σήμερα σωματιδίων που διαδίδονται σε μια κρυφή πέμπτη διάσταση θα μπορούσε να εκδηλωθεί στο τετραδιάστατο Σύμπαν μας ως η επιπλέον βαρύτητα που σήμερα αποδίδουμε στη σκοτεινή ύλη.

Αν και πρόκειται για μια συναρπαστική πιθανότητα, αξίζει να επισημανθεί ότι δεν λείπουν οι πιθανοί υποψήφιοι για τη σκοτεινή ύλη, συμπεριλαμβανομένων υποατομικών σωματιδίων γνωστών ως αξιόνια, μαύρες τρύπες και ύλη αντίστροφου χρόνου από το μέλλον.

Πηγή: BBC Science Focus