Wanneer iemand het over “verschillende dimensies” heeft, denken we meestal aan zaken als parallelle universa – alternatieve realiteiten die parallel aan de onze bestaan, maar waar dingen anders werken of zijn gebeurd. De werkelijkheid van dimensies en hoe zij een rol spelen in de ordening van ons Universum is echter heel anders dan deze populaire karakterisering.
Om het uit te splitsen, dimensies zijn eenvoudigweg de verschillende facetten van wat wij als werkelijkheid waarnemen. We zijn ons onmiddellijk bewust van de drie dimensies die ons dagelijks omringen – de dimensies die de lengte, breedte en diepte van alle objecten in ons universum definiëren (respectievelijk de x-, y- en z-as).
Naast deze drie zichtbare dimensies geloven wetenschappers dat er nog veel meer kunnen zijn. Het theoretische kader van de Superstring Theorie stelt zelfs dat het universum in tien verschillende dimensies bestaat. Deze verschillende aspecten bepalen het universum, de fundamentele natuurkrachten, en alle elementaire deeltjes die zich daarin bevinden.
De eerste dimensie, zoals reeds opgemerkt, is die welke het universum lengte geeft (aka. de x-as). Een goede beschrijving van een eendimensionaal object is een rechte lijn, die alleen bestaat in termen van lengte en geen andere waarneembare eigenschappen heeft. Voeg daar een tweede dimensie aan toe, de y-as (of hoogte), en je krijgt een voorwerp dat een tweedimensionale vorm wordt (zoals een vierkant).
De derde dimensie betreft de diepte (de z-as), en geeft alle voorwerpen een gevoel van oppervlakte en een doorsnede. Het perfecte voorbeeld hiervan is een kubus, die bestaat in drie dimensies en een lengte, breedte, diepte, en dus volume heeft. Achter deze drie liggen de zeven dimensies die voor ons niet onmiddellijk zichtbaar zijn, maar die toch kunnen worden waargenomen als direct van invloed op het universum en de werkelijkheid zoals wij die kennen.
Wetenschappers geloven dat de vierde dimensie de tijd is, die de eigenschappen van alle bekende materie op elk gegeven punt bepaalt. Samen met de drie andere dimensies is het kennen van de positie van een object in de tijd essentieel voor het bepalen van zijn positie in het universum. De andere dimensies zijn waar de diepere mogelijkheden in het spel komen, en het verklaren van hun interactie met de andere is waar dingen bijzonder lastig worden voor natuurkundigen.
Volgens de Superstring Theorie zijn het de vijfde en zesde dimensie waar het begrip van mogelijke werelden ontstaat. Als we door zouden kunnen kijken naar de vijfde dimensie, zouden we een wereld zien die enigszins verschilt van de onze en die ons een middel zou geven om de overeenkomsten en verschillen tussen onze wereld en andere mogelijke werelden te meten.
In de zesde dimensie zouden we een vlak van mogelijke werelden zien, waar we alle mogelijke universa die beginnen met dezelfde beginvoorwaarden als deze (d.w.z. de Big Bang) zouden kunnen vergelijken en positioneren. In theorie, als je de vijfde en zesde dimensie zou beheersen, zou je terug in de tijd kunnen reizen of naar verschillende toekomsten kunnen gaan.
In de zevende dimensie, heb je toegang tot de mogelijke werelden die beginnen met verschillende beginvoorwaarden. Terwijl in de vijfde en zesde de beginvoorwaarden dezelfde waren en de daaropvolgende handelingen verschillend, is hier alles anders vanaf het allereerste begin van de tijd. De achtste dimensie geeft ons opnieuw een vlak van zulke mogelijke universumgeschiedenissen, die elk beginnen met verschillende beginvoorwaarden en zich oneindig vertakken (vandaar dat ze oneindigheden worden genoemd).
In de negende dimensie kunnen we alle mogelijke universumgeschiedenissen vergelijken, beginnend met alle verschillende mogelijke wetten van de fysica en beginvoorwaarden. In de tiende en laatste dimensie komen we op het punt waarin alles wat mogelijk en voorstelbaar is, aan bod komt. Daarbuiten kan niets worden voorgesteld door ons nederige stervelingen, waardoor het de natuurlijke beperking is van wat wij ons kunnen voorstellen in termen van dimensies.
Het bestaan van deze extra zes dimensies die wij niet kunnen waarnemen, is noodzakelijk voor de snaartheorie om er voor te zorgen dat er consistentie in de natuur is. Het feit dat we slechts vier dimensies van de ruimte kunnen waarnemen kan worden verklaard door een van de volgende twee mechanismen: of de extra dimensies zijn op een zeer kleine schaal gecomprimeerd, of anders kan onze wereld leven op een 3-dimensionale submanifold die overeenkomt met een brane, waarop alle bekende deeltjes naast de zwaartekracht beperkt zouden zijn (aka. brane theory).
Als de extra dimensies verdicht zijn, dan moeten de extra zes dimensies de vorm hebben van een Calabi-Yau-manifold (hierboven afgebeeld). Hoewel ze voor onze zintuigen onwaarneembaar zijn, zouden ze de vorming van het heelal vanaf het allereerste begin hebben beheerst. Daarom denken wetenschappers dat zij, door met telescopen het licht van het vroege heelal (miljarden jaren geleden) terug in de tijd te turen, kunnen zien hoe het bestaan van deze extra dimensies de evolutie van de kosmos kan hebben beïnvloed.
Net als andere kandidaten voor een grote unificerende theorie – ook wel bekend als de Theorie van Alles (TOE) – is het geloof dat het heelal uit tien dimensies bestaat (of meer, afhankelijk van welk model van de snaartheorie je gebruikt) een poging om het standaardmodel van de deeltjesfysica te verzoenen met het bestaan van zwaartekracht. Kortom, het is een poging om te verklaren hoe alle bekende krachten in ons universum op elkaar inwerken, en hoe andere mogelijke universa zelf zouden kunnen werken.
Voor aanvullende informatie is hier een artikel op Universe Today over parallelle universa, en een ander over een parallel universum dat wetenschappers dachten te hebben gevonden maar dat in werkelijkheid niet bestaat.
Er zijn ook enkele andere geweldige bronnen online. Er is een geweldige video die de tien dimensies in detail uitlegt. Je kunt ook kijken op de PBS website voor de TV show Elegant universe. Het heeft een geweldige pagina over de tien dimensies.
U kunt ook luisteren naar Astronomy Cast. Misschien vindt u aflevering 137 The Large Scale Structure of the Universe wel interessant.
Verken verder
Nieuw werk geeft geloofwaardigheid aan theorie van universum als hologram