[우주과학] 물리학에 대해 우리가 알고 있는 모든 것을 바꿀 5차원의 세계

공간의 3차원과 시간의 1차원 너머에 또 무엇이 있을 수 있겠는가? 그리고 우리는 그것을 어떻게 생각하기 시작할 수 있습니까?

 

1905년 알버트 아인슈타인은 특수 상대성 이론에서 공간이 우주의 빛의 속도 제한을 통해 시간과 밀접하게 연결되어 있으므로 엄밀히 말하면 우리는 시공간의 4차원을 가진 우주에 살고 있음을 보여주었습니다. 그러나 일상적인 목적을 위해 우리는 우주를 공간의 3차원(남북, 동서, 상하)과 시간의 1차원(과거-미래)에서 생각합니다. 이 경우 5차원은 공간의 추가 차원이 됩니다.

이러한 차원은 1920년대 물리학자 Oskar Klein과 Theodor Kaluza에 의해 독립적으로 제안되었습니다. 그들은 아인슈타인의 중력 이론에서 영감을 받아 질량이 4차원 시공간을 휘게 한다는 것을 보여주었습니다.

우리는 이 4차원을 지각할 수 없기 때문에 행성과 같은 거대한 물체가 있을 때의 움직임은 이 곡률이 아니라 중력의 '힘' 때문이라고 생각합니다. 당시에 알려진 다른 힘(전자기력)은 공간의 추가 차원의 곡률로 설명될 수 있습니까?

 

Kaluza와 Klein은 그것이 가능하다는 것을 발견했습니다. 그러나 전자기력은 중력보다 1,040배 더 강하기 때문에 여분 차원의 곡률은 원자보다 훨씬 작게 말아서 알아차릴 수 없을 정도로 커야 했습니다. 전자와 같은 입자가 우리 눈에 보이지 않는 공간을 여행할 때 바퀴를 탄 햄스터처럼 5차원을 빙글빙글 돌 것입니다.

Kaluza와 Klein의 5차원 이론은 원자핵의 영역에서 작동하는 두 가지 더 근본적인 힘인 강한 핵력과 약한 핵력 의 발견으로 심각한 타격을 받았습니다 .

그러나 여분의 차원이 힘을 설명한다는 생각은 우주의 기본 구성 요소를 입자가 아니라 질량 에너지의 작은 '끈'으로 보는 '끈 이론'의 지지자들에 의해 반세기 후에 되살아났습니다. 네 가지 힘을 모두 모방하기 위해 끈은 10차원 시공간에서 진동하며 6차원 공간은 원자보다 훨씬 작게 감겨 있습니다.

끈 이론은 우리 우주가 10차원 시공간에 떠 있는 3차원 섬 또는 '브래인'일 수 있다는 아이디어를 낳았습니다. 이것은 중력이 다른 세 가지 기본 힘에 비해 비정상적으로 약한 이유를 설명할 흥미로운 가능성을 제기했습니다. 힘이 브레인에 고정되는 동안 중력은 여섯 개의 추가 공간 차원으로 누출되어 브레인에 대한 힘을 엄청나게 희석시킵니다.

우리가 볼 수 없는 방식으로 구부러진 더 큰 5차원을 갖는 방법이 있습니다. 이것은 1999년 물리학자 Lisa Randall과 Raman Sundrum에 의해 제안되었습니다. 추가 공간 차원은 다음 중 하나를 설명할 수도 있습니다. 

 

2021년, 독일 마인츠에 있는 요하네스 구텐베르크 대학의 물리학자 그룹은 숨겨진 5차원에서 전파하는 지금까지 알려지지 않은 입자의 중력이 현재 우리가 암흑 물질에 기인하는 추가 중력으로 4차원 우주에서 나타날 수 있다고 제안했습니다.

흥미로운 가능성이지만 액시온으로 알려진 아원자 입자, 블랙홀 및 미래의 역시간 물질을 포함하여 암흑 물질에 대한 가능한 후보가 부족하지 않다는 점을 지적할 가치가 있습니다!