Есть ли пятое измерение и какое оно?

В 1905 году Альберт Эйнштейн показал в своей специальной теории относительности, что пространство тесно связано со временем через предел скорости света, и поэтому, строго говоря, мы живем во Вселенной с четырьмя измерениями пространства-времени. Однако для повседневных целей мы думаем о Вселенной в трех измерениях пространства (север-юг, восток-запад, вверх-вниз) и одном измерении времени (прошлое-будущее). В этом случае пятое измерение будет дополнительным измерением пространства.

Такое измерение было независимо предложено физиками Оскаром Клейном и Теодором Калуца ​​в 1920-х годах. Они были вдохновлены теорией гравитации Эйнштейна, которая показала, что масса искривляет четырехмерное пространство-время.

Поскольку мы не способны воспринимать четырехмерное пространство-время, мы приписываем движение в присутствии массивного тела, такого как планета, не этой кривизне, а «силе» гравитации. Может ли другая сила, известная в то время (электромагнитная сила), быть объяснена кривизной дополнительного измерения пространства?

Оскар Клейн и Теодор Калуца обнаружили, что это возможно. Но поскольку электромагнитная сила была в 1040 раз сильнее силы тяжести, кривизна дополнительного измерения должна была быть настолько большой, что она должны была быть свернута намного меньше атома, и ее было бы невозможно заметить. Когда частица, такая как электрон, путешествует в невидимом для нас пространстве, она будет вращаться вокруг пятого измерения, как белка в колесе.

Пятимерной теории Оскара Клейна и Теодора Калуцы был нанесен серьезный удар в результате открытия еще двух фундаментальных сил, действующих в области атомного ядра: сильного и слабого ядерных взаимодействий .

Но идея о том, что дополнительные измерения объясняют силы, была возрождена полвека спустя сторонниками «теории струн», которая рассматривает фундаментальные строительные блоки Вселенной не как частицы, а как крошечные «струны» массы-энергии. Чтобы имитировать все четыре силы, струны вибрируют в 10-мерном пространстве-времени, причем шесть пространственных измерений свернуты намного меньше атома.

Теория струн породила идею о том, что наша Вселенная может быть трехмерным островом или «браной», плавающей в 10-мерном пространстве-времени. Это открыло интригующую возможность объяснить, почему гравитация настолько слаба по сравнению с тремя другими фундаментальными силами.

В то время как силы «прикреплены» к бране, согласно идее, гравитация просачивается в шесть дополнительных пространственных измерений, чрезвычайно ослабляя свою силу на бране.

Есть способ иметь большее пятое измерение, которое изогнуто таким образом, что мы его не видим, и это было предложено физиками Лизой Рэндалл и Раманом Сундрамом в 1999 году. Дополнительное пространственное измерение могло бы даже объяснить одну из великих космических загадок: темную материю.

В 2021 году группа физиков из Университета Йоханнеса Гутенберга в Германии, предположила, что гравитация неизвестных до сих пор частиц, распространяющихся в скрытом пятом измерении, может проявиться в нашей четырехмерной Вселенной как дополнительная гравитация, которую мы в настоящее время приписываем темной материи.

Лю Цысинь в трилогии «Задача трех тел» дал такую аналогию: «Наша трехмерная Вселенная — это кусок тонкой бумаги шириной почти 16 миллиардов световых лет, с маленьким 4-мерным мыльным пузырем, приклеенным где-то на этом листе. Мы находимся в трехмерной форме. Ползая по большому листу бумаги, при входе в область, где мыльный пузырь и поверхность бумаги пересекаются, мы покидаем поверхность бумаги с деформированной точки и попадаем в мыльный пузырь. Искаженная точка — это переход от низких измерений к более высоким».

Исходя из его предположений, мы не можем видеть четырехмерное пространство из трехмерного пространства, но мы можем видеть вырезку трехмерного пространства из четырехмерного пространства и воздействовать на него.  То есть с точки зрения более высшего измерения все объекты трехмерного измерения — внутренние — с видимым внутренним строением.

Вы можете четко видеть трехмерную внутреннюю структуру в четырехмерном пространстве (пятимерном вместе со временем). Например, в четырехмерном пространстве вы можете увидеть внутренние органы и кровь, текущую в кровеносных сосудах вашего спутника.

Но могут ли 3D-объекты могут существовать и выжить в 4-м измерении?

По сюжету книги, люди могут двигаться в определенном направлении в 4-м измерении, чтобы получить доступ к внутренней части трехмерных объектов. Микроастероиды могут поражать космические корабли внутри, не повреждая корпус.

Если это так, то воздух в космических кораблях также сможет уйти в космос в том же направлении в 4-м измерении. Кровь просто будет вытекать из вен людей в том же направлении.

Наша одежда втекала бы в наше тело, когда мы двигались. Наши собственные органы перетекли бы друг в друга. Мы вряд-ли смогли бы пережить переход в 4-е измерение.

В меньшем масштабе органические клетки, которые эволюционировали и приобрели структурную целостность в трех измерениях, не имеют причин для структурной целостности в четвертом измерении.

Представьте на плоском столе маленького 2D-персонажа, сделанного из ниток. Теперь поднимите этого персонажа в воздух и посмотрите, что с ним будет. Да, нас постигла бы та же участь при переходе от трех к четырем пространственным измерениям.

Возможно, что даже электроны реорганизовались бы вокруг атомных ядер, чтобы найти новые орбитали с более низкой энергией в этом 4-м измерении.

Свойства всех материалов полностью изменятся, вероятно, при этом высвободится огромное количество энергии.