El 1905, Albert Einstein va demostrar en la seva teoria especial de la relativitat que l’espai està estretament relacionat amb el temps a través del límit còsmic de la velocitat de la llum i, per tant, estrictament parlant vivim en un univers amb quatre dimensions de l’espai-temps.
No obstant això, per a propòsits quotidians, representem l’univers en tres dimensions de l’espai (nord-sud, est-oest, amunt-avall) i una dimensió del temps (passat-futur). En aquest cas, la cinquena dimensió serà una dimensió addicional de l’espai.
Aquesta mesura va ser proposada independentment pels físics Oscar Klein i Theodor Kaluza als anys vint. Es van inspirar en la teoria de la gravetat d’Einstein, que mostrava que la massa doblegava l’espai-temps en quatre dimensions.
Com que no podem percebre quatre dimensions, atribuïm el moviment en presència d'un cos massiu com un planeta a la "força" de la gravetat.
Es podria explicar una altra força coneguda en aquell moment (força electromagnètica) per la curvatura de la dimensió addicional de l’espai? Kaluza i Klein van descobrir que això era possible.
Però com que la força electromagnètica és 1040 vegades més forta que la gravetat, la curvatura de la dimensió addicional hauria de ser tan gran que s’enrotllaria en un petit anell molt més petit que un àtom i seria impossible notar-la.
Quan una partícula, com un electró, viatja per l’espai invisible per a nosaltres, girarà al voltant de la cinquena dimensió, com un hàmster en una roda.
La teoria en cinc dimensions de Kaluza i Klein va patir un greu cop com a resultat del descobriment de dues forces fonamentals més que actuaven a la regió del nucli atòmic: les interaccions nuclears fortes i febles.
Però la idea que les dimensions addicionals expliquen les forces va ser recuperada mig segle després pels defensors de la "teoria de cordes", que considera els blocs fonamentals de l'univers no com a partícules, sinó com a petites "cadenes" d'energia massiva. Per imitar les quatre forces, les cordes vibren en espai-temps en 10 dimensions, amb les sis dimensions enrotllades en una mida molt menor que un àtom.
La teoria de cordes va donar lloc a la idea que el nostre univers podria ser una illa tridimensional o una "brana" (un hipotètic objecte físic multidimensional fonamental inferior a la dimensió de l'espai en què es troba) flotant en l'espai-temps en 10 dimensions.
Això va obrir una oportunitat intrigant per explicar per què la gravetat és tan feble en comparació amb les altres tres forces fonamentals. Tot i que les forces s’uneixen a la brana, la idea és que la gravetat es filtri en sis dimensions espacials addicionals, debilitant molt la seva força sobre la brana.
Hi ha una manera d'aconseguir una cinquena dimensió més gran que es corba de manera que no la puguem veure, i això va ser proposat pels físics Lisa Randall i Raman Sundram el 1999. Una dimensió espacial addicional podria fins i tot explicar un dels grans misteris còsmics: la identitat de la "matèria fosca", matèria invisible que sembla superar les estrelles i les galàxies visibles per un factor de sis.
El 2021, un grup de físics de la Universitat Johannes Gutenberg de Mainz, Alemanya, va suggerir que la gravetat de les partícules fins ara desconegudes que es propagaven a la cinquena dimensió latent es podria manifestar en el nostre univers en quatre dimensions com a gravetat addicional, que actualment atribuïm a la matèria fosca..
Val la pena assenyalar que no falten possibles candidats a la matèria fosca, incloses les partícules subatòmiques conegudes com a axions, forats negres i matèria del temps cap enrere del futur.
