У нашей Вселенной может быть пятое измерение

1905 году Альберт Эйнштейн показал в своей специальной теории относительности, что пространство тесно связано со временем через космический предел скорости света, и поэтому, строго говоря, мы живем во Вселенной с четырьмя измерениями пространства-времени. 

Однако для повседневных целей мы представляем Вселенную в трех измерениях пространства (север-юг, восток-запад, вверх-вниз) и одном измерении времени (прошлое-будущее). В этом случае пятое измерение будет дополнительным измерением пространства.

Такое измерение независимо друг от друга предложили физики Оскар Клейн и Теодор Калуца ​​в 1920-х годах. Они были вдохновлены теорией гравитации Эйнштейна, которая показала, что масса искривляет четырехмерное пространство-время.

Поскольку мы не можем воспринимать четыре измерения, мы приписываем движение в присутствии массивного тела, такого как планета «силе» гравитации. 

Может ли другая известная в то время сила (электромагнитная сила) быть объяснена кривизной дополнительного измерения пространства? Калуца ​​и Кляйн обнаружили, что это возможно. 

Но поскольку электромагнитная сила в 1040 раз сильнее силы тяжести, кривизна дополнительного измерения должна была быть настолько велика, что она была бы свернута в малюсенькое колечко намного меньше атома, и ее было бы невозможно заметить. 

Когда частица, такая как электрон, путешествует в невидимом для нас пространстве, она будет вращаться вокруг пятого измерения, как хомяк в колесе.

Пятимерной теории Калуцы и Клейна был нанесен серьезный удар в результате открытия еще двух фундаментальных сил, действующих в области атомного ядра: сильного и слабого ядерных взаимодействий .

Но идея о том, что дополнительные измерения объясняют силы, была возрождена полвека спустя сторонниками «теории струн», которая рассматривает фундаментальные строительные блоки Вселенной не как частицы, а как крошечные «струны» массы-энергии. Чтобы имитировать все четыре силы, струны вибрируют в 10-мерном пространстве-времени, причем шесть пространственных измерений свернуты в размер намного меньше атома.

Теория струн породила идею о том, что наша Вселенная может быть трехмерным островом или «браной» (гипотетический фундаментальный многомерный физический объект размерности меньшей, чем размерность пространства, в котором он находится), плавающей в 10-мерном пространстве-времени. 

Это открыло интригующую возможность объяснить, почему гравитация настолько слаба по сравнению с тремя другими фундаментальными силами. В то время как силы прикреплены к бране, согласно идее, гравитация просачивается в шесть дополнительных пространственных измерений, чрезвычайно ослабляя свою силу на бране.

Есть способ получить большее пятое измерение, которое изогнуто таким образом, что мы его не видим, и это было предложено физиками Лизой Рэндалл и Раманом Сундрамом в 1999 году. Дополнительное пространственное измерение могло бы даже объяснить одно из великих космических загадок: идентичность «темной материи», невидимого вещества, которое, кажется, перевешивает видимые звезды и галактики в шесть раз.

В 2021 году группа физиков из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце, Германия, предположила, что гравитация неизвестных до сих пор частиц, распространяющихся в скрытом пятом измерении, может проявиться в нашей четырехмерной Вселенной как дополнительная гравитация, которую мы в настоящее время приписываем темной материи.

Стоит отметить, что нет недостатка в возможных кандидатах на темную материю, включая субатомные частицы, известные как аксионы, черные дыры и материю обратного времени из будущего!