Od ponad wieku fizycy zastanawiają się nad radykalną koncepcją: nasz Wszechświat może zawierać ukryte wymiary wykraczające poza znane nam trzy wymiary: przestrzeń i czas. Chociaż nie odkryliśmy jeszcze bezpośrednio tych dodatkowych wymiarów, koncepcja ta oferuje przekonujące wyjaśnienie jednej z największych tajemnic fizyki – dlaczego grawitacja jest tak zaskakująco słaba w porównaniu z innymi podstawowymi siłami.
Problem hierarchii
Siła grawitacji jest zdumiewająco słaba. Jest miliardy razy słabszy od elektromagnetyzmu czy silnych i słabych oddziaływań jądrowych. Ta rozbieżność, znana jako „problem hierarchii”, intryguje naukowców od dziesięcioleci. Dlaczego grawitacja zachowuje się tak inaczej? Jedna z możliwych odpowiedzi: grawitacja tak naprawdę nie jest słaba; jest po prostu rozcieńczona i rozprzestrzenia się w wymiarach, których nie możemy dostrzec.
Wyjątkowa wolność grawitacji
Model Standardowy fizyki cząstek elementarnych ogranicza inne siły do naszej czterowymiarowej czasoprzestrzeni. Ale jeśli istnieją dodatkowe wymiary, grawitacja może być jedyną siłą zdolną do uzyskania do nich dostępu. To wyjaśniałoby, dlaczego wydaje nam się taki słaby: jego siła jest rozłożona na większą objętość, niż nam się wydaje. Wyobraź sobie strumień wody wpływający do szerszej rzeki – strumień wydaje się słabszy, ponieważ jest rozproszony.
Zwinięte wymiary
Jeśli te dodatkowe wymiary są prawdziwe, dlaczego ich nie czujemy? Panująca teoria sugeruje, że są one „zwijane” na niewiarygodnie małą skalę, niczym obwód ciasno zwiniętej rurki. Ciągle poruszamy się przez te wymiary, ale są one zbyt małe, abyśmy mogli je zauważyć. Jest to analogiczne do fotonu poruszającego się wzdłuż krawędzi tuby: porusza się do przodu, ale także obraca się po okręgu, dodając swojej drodze niewidzialny wymiar.
Teoria testowania
Jednym ze sposobów odkrycia tych ukrytych wymiarów są zderzenia cząstek o wysokiej energii. Jeśli w grawitacji pośredniczą bezmasowe cząstki zwane grawitonami, a grawitony te mogą uzyskać dostęp do dodatkowych wymiarów, powinny wyglądać na masywne. Przejawi się to w postaci nieskończonej różnorodności mas grawitonu znalezionych w eksperymentach ze zderzaczami. Jednak takich cząstek nie zaobserwowano jeszcze.
Model Randalla-Sundruma
Aby pogodzić brak danych eksperymentalnych z potrzebą dodatkowych wymiarów, fizycy Lisa Randall i Raman Sundram zaproponowali wyjaśnienie: pozwól, aby dodatkowe wymiary miały krzywiznę. Ta „zakrzywiona” geometria pozwala na uzyskanie dużych wymiarów, które wyjaśniają słabość grawitacji, pozostając jednocześnie niewykrywalnymi dla współczesnych zderzaczy.
Istnienie dodatkowych wymiarów pozostaje niepotwierdzone, ale pozostaje wiodącą teorią wśród fizyków.
Idea ukrytych wymiarów ma charakter spekulacyjny, ale elegancko rozwiązuje problem hierarchii. To, czy przyszłe eksperymenty potwierdzą, czy zaprzeczą ich istnieniu, pozostaje kwestią otwartą. Jednak możliwość, że nasz wszechświat jest znacznie bogatszy i dziwniejszy, niż nam się wydaje, w dalszym ciągu stymuluje badania teoretyczne i eksperymentalne.
