Wanneer iemand het over “verschillende dimensies” heeft, denken we meestal aan dingen als parallelle universa – alternatieve werkelijkheden die parallel aan de onze bestaan, maar waar dingen anders werken of anders zijn gebeurd. De realiteit 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 eenvoudig de verschillende facetten van wat wij waarnemen als de werkelijkheid. 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 voorwerp is een rechte lijn, die alleen in termen van lengte bestaat 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 waarneembaar zijn, maar die toch kunnen worden waargenomen als direct van invloed op het heelal en de werkelijkheid zoals wij die kennen.
Wetenschappers geloven dat de vierde dimensie tijd is, die de eigenschappen van alle bekende materie op een gegeven moment bepaalt. Samen met de drie andere dimensies is het kennen van de positie van een object in de tijd essentieel om zijn positie in het heelal te bepalen. In de andere dimensies komen de diepere mogelijkheden in het spel, en het verklaren van hun interactie met de andere dimensies is waar het voor natuurkundigen bijzonder lastig wordt.
Volgens de Superstring Theorie komen in de vijfde en zesde dimensie de notie van mogelijke werelden tot stand. Als we door de vijfde dimensie heen zouden kunnen kijken, zouden we een wereld zien die enigszins verschilt van de onze, waardoor we de overeenkomsten en verschillen tussen onze wereld en andere mogelijke werelden zouden kunnen 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 oerknal) 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. Voorbij dit punt kan niets meer 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 we niet kunnen waarnemen, is noodzakelijk voor de snaartheorie, wil er sprake zijn van consistentie in de natuur. Het feit dat we slechts vier ruimtedimensies kunnen waarnemen kan worden verklaard door een van de volgende twee mechanismen: of de extra dimensies zijn op zeer kleine schaal verdicht, of onze wereld kan leven op een 3-dimensionale submanifold die overeenkomt met een brane, waarop alle bekende deeltjes behalve de zwaartekracht beperkt zouden zijn (aka. brane theorie).
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 unificatietheorie – 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.
Je kunt ook luisteren naar Astronomy Cast. Misschien vind je aflevering 137 The Large Scale Structure of the Universe wel interessant.