Al meer dan een eeuw lang denken natuurkundigen na over een radicaal idee: ons universum kan verborgen dimensies bevatten die verder gaan dan de bekende drie dimensies van ruimte en tijd. Hoewel we deze extra dimensies niet rechtstreeks hebben ontdekt, biedt het concept een overtuigende verklaring voor een van de grootste mysteries in de natuurkunde: waarom de zwaartekracht zo opmerkelijk zwak is vergeleken met andere fundamentele krachten.
Het hiërarchieprobleem
De zwaartekracht is verbazingwekkend zwak. Het is miljarden keren zwakker dan elektromagnetisme of de sterke en zwakke kernkrachten. Deze discrepantie, bekend als het ‘hiërarchieprobleem’, houdt wetenschappers al tientallen jaren in verwarring. Waarom gedraagt de zwaartekracht zich zo anders? Eén mogelijk antwoord: de zwaartekracht is helemaal niet zwak; het is gewoon verdund door het uit te spreiden naar dimensies die we niet kunnen waarnemen.
De unieke vrijheid van de zwaartekracht
Het standaardmodel van de deeltjesfysica beperkt andere krachten tot onze vierdimensionale ruimtetijd. Maar als er extra dimensies bestaan, zou de zwaartekracht de enige kracht kunnen zijn die er toegang toe heeft. Dit zou verklaren waarom het voor ons zo zwak lijkt: de kracht ervan is verdeeld over een groter volume dan we ons realiseren. Stel je een waterstroom voor die in een bredere rivier stroomt. De stroom lijkt zwakker omdat hij zich verspreidt.
Opgerolde afmetingen
Als deze extra dimensies echt zijn, waarom ervaren we ze dan niet? De heersende theorie suggereert dat ze op ongelooflijk kleine schaal “opgerold” zijn, zoals de omtrek van een strak opgerolde buis. We bewegen ons voortdurend door deze dimensies, maar ze zijn te klein om op te merken. Het is analoog aan een foton dat langs de rand van die buis reist: het beweegt vooruit, maar cirkelt ook rond de omtrek, waardoor zijn pad een onzichtbare dimensie krijgt.
De theorie testen
Eén manier om deze verborgen dimensies te detecteren is door botsingen met hoogenergetische deeltjes. Als de zwaartekracht wordt gemedieerd door massaloze deeltjes, gravitonen genaamd, en die gravitonen toegang hebben tot extra dimensies, zou het moeten lijken alsof ze massa hebben. Dit zou zich manifesteren als een oneindige verscheidenheid aan gravitonmassa’s, detecteerbaar in botsingsexperimenten. Tot nu toe zijn dergelijke deeltjes echter niet waargenomen.
Randall-Sundrum-model
Om het gebrek aan experimenteel bewijs te verzoenen met de behoefte aan extra dimensies, stelden natuurkundigen Lisa Randall en Raman Sundrum een verfijning voor: de extra dimensies een kromming laten hebben. Deze “vervormde” geometrie maakt grotere dimensies mogelijk die de zwakte van de zwaartekracht verklaren, terwijl ze niet detecteerbaar blijven door de huidige botsers.
Het bestaan van extra dimensies blijft onbevestigd, maar het blijft een leidende theorie onder natuurkundigen.
Het idee van verborgen dimensies is speculatief, maar het pakt op elegante wijze het hiërarchieprobleem aan. Of toekomstige experimenten hun bestaan zullen bevestigen of weerleggen blijft een open vraag. Maar de mogelijkheid dat ons universum veel rijker en vreemder is dan we waarnemen blijft de drijvende kracht achter theoretische en experimentele verkenningen.
