Το σύμπαν μας μπορεί να έχει μια πέμπτη διάσταση

Το σύμπαν μας μπορεί να έχει μια πέμπτη διάσταση
Το σύμπαν μας μπορεί να έχει μια πέμπτη διάσταση
Anonim

Το 1905, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έδειξε στην ειδική θεωρία της σχετικότητας ότι ο χώρος σχετίζεται στενά με το χρόνο μέσω του κοσμικού ορίου της ταχύτητας του φωτός, και ως εκ τούτου, ζούμε σε ένα σύμπαν με τέσσερις διαστάσεις χωροχρόνου.

Ωστόσο, για καθημερινούς σκοπούς, αναπαριστούμε το σύμπαν σε τρεις διαστάσεις του χώρου (βορρά-νότο, ανατολή-δύση, πάνω-κάτω) και μία διάσταση του χρόνου (παρελθόν-μέλλον). Σε αυτή την περίπτωση, η πέμπτη διάσταση θα είναι μια πρόσθετη διάσταση του χώρου.

Μια τέτοια μέτρηση προτάθηκε ανεξάρτητα από τους φυσικούς Oscar Klein και Theodor Kaluza στη δεκαετία του 1920. Εμπνεύστηκαν από τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν, η οποία έδειξε ότι η μάζα κάμπτει τον τετραδιάστατο χωρόχρονο.

Δεδομένου ότι δεν μπορούμε να αντιληφθούμε τέσσερις διαστάσεις, αποδίδουμε την κίνηση παρουσία ενός τεράστιου σώματος όπως ενός πλανήτη στη "δύναμη" της βαρύτητας.

Θα μπορούσε μια άλλη γνωστή τότε δύναμη (ηλεκτρομαγνητική δύναμη) να εξηγηθεί από την καμπυλότητα της επιπλέον διάστασης του χώρου; Ο Kaluza και ο Klein ανακάλυψαν ότι αυτό ήταν δυνατό.

Αλλά δεδομένου ότι η ηλεκτρομαγνητική δύναμη είναι 1040 φορές ισχυρότερη από τη βαρύτητα, η καμπυλότητα της επιπλέον διάστασης θα πρέπει να είναι τόσο μεγάλη ώστε να τυλίγεται σε ένα μικροσκοπικό δακτύλιο πολύ μικρότερο από ένα άτομο και θα ήταν αδύνατο να το παρατηρήσουμε.

Όταν ένα σωματίδιο, όπως ένα ηλεκτρόνιο, ταξιδεύει στο διάστημα αόρατο για εμάς, θα περιστρέφεται γύρω από την πέμπτη διάσταση, όπως ένα χάμστερ σε έναν τροχό.

Η πενταδιάστατη θεωρία των Kaluza και Klein υπέστη ένα σοβαρό πλήγμα ως αποτέλεσμα της ανακάλυψης δύο ακόμη θεμελιωδών δυνάμεων που δρουν στην περιοχή του ατομικού πυρήνα: ισχυρών και ασθενών πυρηνικών αλληλεπιδράσεων.

Αλλά η ιδέα ότι οι επιπλέον διαστάσεις εξηγούν τις δυνάμεις αναβίωσε μισό αιώνα αργότερα από τους υποστηρικτές της «θεωρίας 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 10-διάστατο χωροχρόνο, με τις έξι διαστάσεις να τυλίγονται σε μέγεθος πολύ μικρότερο από ένα άτομο.

Η θεωρία των χορδών δημιούργησε την ιδέα ότι το σύμπαν μας θα μπορούσε να είναι ένα τρισδιάστατο νησί ή "brane" (ένα υποθετικό θεμελιώδες πολυδιάστατο φυσικό αντικείμενο μικρότερο από τη διάσταση του χώρου στον οποίο βρίσκεται) να επιπλέει σε 10-διάστατο χωροχρόνο.

Αυτό άνοιξε μια ενδιαφέρουσα ευκαιρία να εξηγήσει γιατί η βαρύτητα είναι τόσο αδύναμη σε σύγκριση με τις άλλες τρεις θεμελιώδεις δυνάμεις. Ενώ οι δυνάμεις συνδέονται με το brane, η ιδέα είναι ότι η βαρύτητα διεισδύει σε έξι επιπλέον χωρικές διαστάσεις, αποδυναμώνοντας σε μεγάλο βαθμό τη δύναμή της στο brane.

Υπάρχει ένας τρόπος για να αποκτήσουμε μια μεγαλύτερη πέμπτη διάσταση που είναι καμπυλωμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να μην μπορούμε να τη δούμε, και αυτό προτάθηκε από τους φυσικούς Lisa Randall και Raman Sundram το 1999. Μια επιπλέον χωρική διάσταση θα μπορούσε ακόμη και να εξηγήσει ένα από τα μεγάλα κοσμικά μυστήρια: την ταυτότητα της «σκοτεινής ύλης», αόρατης ύλης που φαίνεται να υπερτερεί των ορατών άστρων και των γαλαξιών με συντελεστή έξι.

Το 2021, μια ομάδα φυσικών από το Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg στο Μάιντς, Γερμανία, πρότειναν ότι η βαρύτητα των άγνωστων μέχρι τώρα σωματιδίων που διαδίδονται στη λανθάνουσα πέμπτη διάσταση θα μπορούσε να εκδηλωθεί στο τετραδιάστατο σύμπαν μας ως πρόσθετη βαρύτητα, την οποία αποδίδουμε σήμερα στη σκοτεινή ύλη Το

Αξίζει να σημειωθεί ότι δεν υπάρχει έλλειψη πιθανών υποψηφίων για σκοτεινή ύλη, συμπεριλαμβανομένων των υποατομικών σωματιδίων γνωστών ως αξόνια, μαύρες τρύπες και υστέρηση του χρόνου στο μέλλον!

Συνιστάται: