Mūsų visata gali turėti penktąjį matmenį

1905 m. Albertas Einšteinas savo specialiojoje reliatyvumo teorijoje įrodė, kad erdvė yra glaudžiai susijusi su laiku dėl kosminės šviesos greičio ribos, todėl, griežtai kalbant, gyvename visatoje, turinčioje keturis erdvėlaikio matmenis. 

Tačiau kasdieniame gyvenime visatą įsivaizduojame trimis erdvės (šiaurės-pietų, rytų-vakarų, aukštyn-žemyn) ir vienu laiko (praeitis-ateitis) matmenimis. Šiuo atveju penktasis matmuo būtų papildomas erdvės matmuo (paranormal).

Tokį matmenį XX a. trečiajame dešimtmetyje nepriklausomai pasiūlė fizikai Oskaras Kleinas ir Teodoras Kaluza. Juos įkvėpė Einšteino gravitacijos teorija, kuri parodė, kad masė iškreipia keturmatį erdvėlaikį.

Kadangi negalime suvokti keturių matmenų, judėjimą esant masyviam kūnui, pavyzdžiui, planetai, priskiriame gravitacijos jėgai. 

Ar kitą tuo metu žinomą jėgą (elektromagnetinę jėgą) būtų galima paaiškinti papildomos erdvės dimensijos kreivumu? Kaluza ir Kleinas nustatė, kad gali. 

Tačiau kadangi elektromagnetinė jėga yra 1040 kartų stipresnė už gravitaciją, papildomos dimensijos kreivumas turėtų būti toks didelis, kad ji susisuktų į mažytį žiedą, daug mažesnį už atomą, ir jos būtų neįmanoma pastebėti. 

Kai dalelė, pavyzdžiui, elektronas, keliauja mums nematomoje erdvėje, ji sukasi aplink penktąjį matmenį kaip žiurkėnas rate.

Kaluzos ir Kleino penkių dimensijų teorijai buvo suduotas rimtas smūgis atradus dar dvi fundamentalias jėgas, veikiančias atomo branduolio srityje: stipriąją ir silpnąją branduolio sąveikas.

Tačiau idėją, kad papildomi matmenys paaiškina jėgas, po pusės amžiaus atgaivino "stygų teorijos" šalininkai, kurie pagrindinius visatos elementus laiko ne dalelėmis, o mažytėmis masės ir energijos "stygomis". Norint imituoti visas keturias jėgas, stygos vibruoja 10 dimensijų erdvėlaikyje, o šešios erdvinės dimensijos yra daug mažesnės už atomą.

Stygų teorija paskatino mintį, kad mūsų visata gali būti trimatė sala arba "banga" (hipotetinis pagrindinis daugiamatis fizinis objektas, kurio matmuo mažesnis už erdvės matmenį, kuriame jis yra), plūduriuojanti 10 matmenų erdvėlaikyje. 

Taip atsirado intriguojanti galimybė paaiškinti, kodėl gravitacija yra tokia silpna, palyginti su kitomis trimis pagrindinėmis jėgomis. Pagal šią idėją, nors jėgos yra prijungtos prie branos, gravitacija skverbiasi į šešis papildomus erdvinius matmenis ir labai susilpnina savo jėgą ant branos.

Yra būdas, kaip gauti didesnį penktąjį matmenį, kuris būtų išlenktas taip, kad jo nematytume, ir tai 1999 m. pasiūlė fizikai Lisa Randall ir Ramanas Sundramas. Papildomas erdvinis matmuo netgi galėtų paaiškinti vieną iš didžiausių kosmoso paslapčių - "tamsiosios materijos", nematomos materijos, kuri šešis kartus viršija matomų žvaigždžių ir galaktikų skaičių, tapatybę.

2021 m. fizikų komanda iš Johaneso Gutenbergo universiteto Maince (Vokietija) iškėlė prielaidą, kad iki šiol nežinomų dalelių, sklindančių paslėptu penktuoju matmeniu, gravitacija gali pasireikšti mūsų keturmatėje Visatoje kaip papildoma gravitacija, kurią šiuo metu priskiriame tamsiajai materijai.

Verta paminėti, kad galimų kandidatų į tamsiąją medžiagą netrūksta, įskaitant subatomines daleles, vadinamas aksionais, juodąsias skyles ir atgalinio laiko materiją iš ateities!