จักรวาลของเราอาจมีมิติที่ห้า

จักรวาลของเราอาจมีมิติที่ห้า
จักรวาลของเราอาจมีมิติที่ห้า
Anonim

ในปี ค.ศ. 1905 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ แสดงให้เห็นในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของเขาว่า อวกาศมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับเวลาผ่านขีดจำกัดความเร็วของแสงในจักรวาลของจักรวาล ดังนั้น พูดอย่างเคร่งครัด เราอาศัยอยู่ในจักรวาลที่มีสี่มิติของกาล-อวกาศ

อย่างไรก็ตาม สำหรับวัตถุประสงค์ในชีวิตประจำวัน เราเป็นตัวแทนของจักรวาลในสามมิติของอวกาศ (เหนือ-ใต้ ตะวันออก-ตะวันตก บน-ล่าง) และมิติของเวลาหนึ่ง (อดีต-อนาคต) ในกรณีนี้ มิติที่ 5 จะเป็นมิติเพิ่มเติมของพื้นที่

การวัดดังกล่าวได้รับการเสนออย่างอิสระโดยนักฟิสิกส์ Oscar Klein และ Theodor Kaluza ในปี ค.ศ. 1920 พวกเขาได้รับแรงบันดาลใจจากทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามวลทำให้กาลอวกาศสี่มิติโค้งงอ

เนื่องจากเราไม่สามารถรับรู้สี่มิติได้ เราจึงถือว่าการเคลื่อนไหวเมื่อมีวัตถุขนาดใหญ่ เช่น ดาวเคราะห์ มาจาก "แรง" ของแรงโน้มถ่วง

แรงอื่นที่ทราบในขณะนั้น (แรงแม่เหล็กไฟฟ้า) สามารถอธิบายได้จากความโค้งของมิติพิเศษของอวกาศหรือไม่? คาลูซ่าและไคลน์พบว่าสิ่งนี้เป็นไปได้

แต่เนื่องจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้ามีมากกว่าแรงโน้มถ่วง 1040 เท่า ความโค้งของมิติพิเศษจะต้องมากจนม้วนเป็นวงแหวนเล็กๆ ที่เล็กกว่าอะตอมมาก และไม่อาจสังเกตได้

เมื่ออนุภาค เช่น อิเล็กตรอน เดินทางในอวกาศที่เรามองไม่เห็น มันจะหมุนรอบมิติที่ 5 เหมือนหนูแฮมสเตอร์ในวงล้อ

ทฤษฎีห้ามิติของ Kaluza และ Klein ได้รับผลกระทบอย่างรุนแรงจากการค้นพบแรงพื้นฐานอีกสองแรงที่กระทำในบริเวณนิวเคลียสของอะตอม: ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบแรงและแบบอ่อน

แต่แนวคิดที่ว่ามิติพิเศษที่อธิบายกองกำลังได้ฟื้นขึ้นมาอีกครั้งในครึ่งศตวรรษต่อมาโดยผู้เสนอ "ทฤษฎีสตริง" ซึ่งมองว่าหน่วยการสร้างพื้นฐานของจักรวาลไม่ใช่อนุภาค แต่เป็น "สตริง" เล็กๆ ของพลังงานมวล เพื่อเลียนแบบแรงทั้งสี่ สตริงจะสั่นในอวกาศ-เวลา 10 มิติ โดยที่มิติทั้งหกขดให้มีขนาดเล็กกว่าอะตอมมาก

ทฤษฎีสตริงทำให้เกิดแนวคิดที่ว่าจักรวาลของเราอาจเป็นเกาะสามมิติหรือ "brane" (วัตถุทางกายภาพหลายมิติพื้นฐานที่สมมุติฐานน้อยกว่ามิติของอวกาศที่มันอยู่ในนั้น) ที่ลอยอยู่ในกาลอวกาศ 10 มิติ

นี่เป็นการเปิดโอกาสที่น่าสนใจที่จะอธิบายว่าทำไมแรงโน้มถ่วงจึงอ่อนแอมากเมื่อเทียบกับแรงพื้นฐานอีกสามแรง ในขณะที่กองกำลังติดอยู่กับ brane แนวคิดก็คือแรงโน้มถ่วงจะซึมเข้าไปในมิติเชิงพื้นที่เพิ่มเติมอีกหกมิติ ซึ่งทำให้ความแข็งแกร่งของมันบน brane อ่อนแอลงอย่างมาก

มีวิธีหนึ่งที่จะได้มิติที่ห้าที่ใหญ่ขึ้นซึ่งเป็นส่วนโค้งในแบบที่เรามองไม่เห็น และสิ่งนี้ถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์ Lisa Randall และ Raman Sundram ในปี 1999 มิติเชิงพื้นที่พิเศษยังสามารถอธิบายหนึ่งในความลึกลับของจักรวาลที่ยิ่งใหญ่: เอกลักษณ์ของ "สสารมืด" สสารที่มองไม่เห็นซึ่งดูเหมือนว่าจะมีน้ำหนักมากกว่าดาวและกาแลคซีที่มองเห็นได้ด้วยปัจจัยหก

ในปี 2021 นักฟิสิกส์กลุ่มหนึ่งจากมหาวิทยาลัย Johannes Gutenberg ในเมืองไมนซ์ ประเทศเยอรมนี เสนอว่าแรงโน้มถ่วงของอนุภาคที่ไม่ทราบที่มาจนถึงตอนนี้ซึ่งแพร่กระจายในมิติที่ 5 ที่แฝงอยู่สามารถปรากฏให้เห็นในจักรวาลสี่มิติของเราว่าเป็นแรงโน้มถ่วงเพิ่มเติม ซึ่งขณะนี้เราถือว่ามีสสารมืด.

เป็นที่น่าสังเกตว่าไม่มีการขาดแคลนผู้สมัครที่เป็นไปได้สำหรับสสารมืด รวมถึงอนุภาคย่อยของอะตอมที่เรียกว่า axion หลุมดำ และเวลาย้อนหลังมีความสำคัญต่ออนาคต!