1905 年、アルバート アインシュタインは特殊相対性理論で、空間は光の宇宙速度の限界を介して時間と密接に結びついていることを示しました。ただし、日常的には、宇宙を 3 次元の空間 (南北、東西、上下) と 1 次元の時間 (過去と未来) で考えています。その場合、5 番目の次元は空間の余分な次元になります。
このような次元は、1920 年代に物理学者のオスカー クラインとテオドール カルザによって独自に提案されました。それらは、質量が 4 次元時空をゆがめていることを示したアインシュタインの重力理論に触発されました。
私たちはこれらの 4 つの次元を知覚することができないため、惑星などの巨大な物体の存在下での運動は、この曲率ではなく、重力の「力」によるものだと考えています。当時知られていたもう 1 つの力 (電磁力) は、余分な次元の空間の曲率によって説明できますか?
Kaluza と Klein はそれが可能であることを発見しました。しかし、電磁力は重力の 1,040 倍も強いため、余剰次元の曲率は非常に大きくなければならず、原子よりもはるかに小さく丸められ、気付かないことになります。電子などの粒子が空間を移動するとき、私たちには見えませんが、車輪に乗ったハムスターのように、5 次元をぐるぐる回っています。
Kaluza と Klein の 5 次元理論は、原子核の領域で作用する 2 つの基本的な力、つまり強い核力と弱い核力の発見によって深刻な打撃を受けました。
しかし、余分な次元が力を説明するという考えは、宇宙の基本的な構成要素を粒子ではなく、質量エネルギーの小さな「ひも」と見なす「ひも理論」の支持者によって、半世紀後に復活しました。 4 つの力すべてを模倣するために、弦は 10 次元の時空で振動し、原子よりもはるかに小さい 6 つの空間次元が巻き上げられます。
ひも理論は、私たちの宇宙が 10 次元の時空に浮かぶ 3 次元の島、つまり「ブレーン」である可能性があるという考えを生み出しました。これにより、重力が他の 3 つの基本的な力に比べて非常に弱い理由を説明する興味深い可能性が生まれました。力がブレーンに固定されている間、重力は 6 つの余分な空間次元に漏れ出し、ブレーンへの強度を大幅に弱めます。
私たちが見えないように湾曲している、より大きな 5 次元を持つ方法があり、これは 1999 年に物理学者リサ ランドールとラマン サンドラムによって提案されました。宇宙の偉大な謎:「暗黒物質」の正体、目に見える星や銀河よりも 6 倍も重く見える目に見えないもの。
2021 年、ドイツのマインツにあるヨハネス グーテンベルク大学の物理学者グループは、隠れた 5 次元で伝播するこれまで知られていなかった粒子の重力が、現在暗黒物質に起因する余分な重力として 4 次元宇宙に現れる可能性があると提案しました。
エキサイティングな可能性ですが、アクシオンとして知られる素粒子、ブラックホール、未来からのリバースタイムマターなど、暗黒物質の可能性のある候補が不足していないことを指摘する価値があります!
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