Vuotaako maailmankaikkeutemme toiseen ulottuvuuteen?

Kuvittele, että kävelet kotiisi pimeässä. Tiedät tarkalleen, missä seinät ovat ja miltä lattia tuntuu jalkojesi alla. Kaikki on hallinnassa. Mutta entä jos talossasi olisi piilotettu ovi? Se ei ole fyysinen ovi, jonka voisit koskettaa, vaan maailmankaikkeuden kudokseen upotettu ”tappuraluukku”. Entä jos koko maailmamme vuotaa tuon luukun läpi tilaan, jota emme edes osaa kuvitella?

Tämä kuulostaa scifi-elokuvan juonelta, mutta fyysikoille kyseessä on todellinen ja erittäin päänvaivaava ongelma.

Matematiikka ei täsmää

Ymmärtääksesi, miksi tutkijat etsivät viidettä ulottuvuutta, sinun täytyy ymmärtää fysiikan suuri ”virhe”.

Meillä on tällä hetkellä kaksi valtavaa pelisääntöä. Meillä on Standardimalli, joka on kuin käyttöohje pikkuriikkisten hiukkasten käyttäytymiseen, ja meillä on pimeä energia, tuo mystinen voima, joka saa maailmankaikkeuden laajenemaan kiihtyvällä vauhdilla.

Tässä kohtaa ongelma alkaa: kun tutkijat laskevat matematiikan, tulokset ovat täyttä kaaosta. Nykyisten yhtälöiden mukaan pimeän energian pitäisi olla valtava – käsittämättömän suuri. Mutta kun katsomme taivaalle teleskoopeilla, se onkin hämmästyttävän pientä. Se on kuin laskisit, että kahvikupillinen painaa 25 kiloa, mutta nostaessasi sen, se tuntuu höyhenenkevyeltä.

Matematiikka on rikki. Ja fyysikot vihaavat rikkinäistä matematiikkaa.

Tervetuloa ”pimeään ulottuvuuteen”

Tutkijat Ignatios Antoniadis ja Dieter Lüst ovat esittäneet ratkaisun, joka on yhtä tyylikäs kuin se on hullu. He ehdottavat, että meidän neliulotteinen todellisuutemme (pituus, leveys, korkeus ja aika) onkin todellisuudessa ”vuotava”.

He kutsuvat tätä ”pimeän ulottuvuuden” (Dark Dimension) skenaarioksi.

Ehkä mietit jo: kuinka suuri tämä ulottuvuus on? Useimmissa säieteoreesiassa (string theory) ylimääräiset ulottuvuudet ovat mikroskooppisia – niin pieniä, ettei niitä voi havaita. Nämä tutkijat kuitenkin ehdottavat jotain aivan muuta. He uskovat, että kyseessä on ulottuvuus, joka on noin mikronin levyinen.

Vertailun vuoksi: mikron on suunnilleen bakteerin kokoinen. Hiukkasfysiikan maailmassa mikron on kuitenkin valtava. Se on kuin huomaisit, että pienen yksiösi takana onkin seinän takana valtava, piilotettu juhlasali.

Miksi tämä muuttaisi kaiken?

Tämä teoria perustuu ilmiöön nimeltä ”UV-IR-sekoittuminen”. Yleensä fyysikot olettavat, että äärimmäisen pienet asiat (kvanttifysiikka) ja äärimmäisen suuret asiat (koko maailmankaikkeus) pysyvät omilla raiteillaan. Ne eivät keskustele keskenään.

Mutta jos tämä viides ulottuvuus on olemassa, nämä kaksi maailmaa ovat kytköksissä toisiinsa. Syy siihen, miksi pimeä energia näyttää meille niin heikolta, on se, että energia ”laimenee” vuotaessaan tuohon ylimääräiseen ulottuvuuteen. Se on kuin vesi, joka levittäytyy valtavalle lattialle: mitä enemmän tilaa on, sitä ohuemmaksi vesikerros muuttuu.

Jos teoria pitää paikkansa, se on ”savuava ase” säieteorialle – sille kaikkien fysiikan lakien yhdistävälle perusteoreialle, jota tutkijat ovat etsineet vuosikymmeniä.

Voimmeko todistaa sen?

Emme ole vain liitutaulun ääressä. Kokeelliset fyysikot etsivät jo merkkejä ”lyhyen kantaman” painovoiman poikkeamista. Jos testaamme painovoimaa mikroskooppisella mittakaavalla ja huomaamme, että se käyttäytyy oudosti – esimerkiksi vahvistuu tai heikkenee odotettua enemmän – olemme saattaneet löytää ulottuvuutemme reunan.

Olemme kuin katsomassa pientä avaimenreikää ja yrittämässä nähdä, mitä huoneessa on toisella puolella. Olipa kyseessä todellinen fyysinen tila vai vain kaunis matemaattinen kikka, pimeän ulottuvuuden etsintä on yksi nykytieteen jännittävimmistä rajoista.

Pysykää uteliaina. Maailmankaikkeus on paljon suurempi – ja vuotavampi – kuin koskaan uskoimmekaan!