Een vooraanstaande natuurkundige heeft een opmerkelijk voorstel gedaan: ons universum is mogelijk niet beperkt tot de vier dimensies (tijd en ruimte) die we dagelijks ervaren.

In plaats daarvan zou de kosmos wel eens uit zeven dimensies kunnen bestaan, waarbij drie extra lagen zo strak zijn opgevouwen dat ze onzichtbaar blijven voor het menselijk oog.

Dit idee komt niet voort uit sciencefiction, maar uit een poging om een van de grootste puzzels in de moderne natuurkunde op te lossen: de informatieparadox bij zwarte gaten, die in de jaren 70 voor het eerst werd beschreven door Stephen Hawking.

De verborgen architectuur van de ruimte

Richard Pinčák, senior onderzoeker aan het Instituut voor Experimentele Fysica van de Slowaakse Academie van Wetenschappen, leidt het team achter dit nieuwe model. Hun onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift General Relativity and Gravitation, onderzoekt hoe extra dimensies in een specifieke geometrische structuur kunnen voorkomen dat zwarte gaten volledig verdampen.

Een zwart gat is een gebied in de ruimte met een extreem sterke zwaartekracht, ontstaan door een enorme hoeveelheid materie die op één plek is samengeperst. De zwaartekracht is zo krachtig dat niets, zelfs geen licht, eruit kan ontsnappen. Ze ontstaan vaak uit de restanten van een zware ster die is gestorven en in elkaar geklapt.

De vier dimensies die wij kennen — drie ruimtelijke dimensies en één tijdsdimensie — vormen de basis van onze ervaring en Einsteins algemene relativiteitstheorie. Het raamwerk van Pinčák voegt daar echter drie aan toe.

"We ervaren drie dimensies van ruimte en één van tijd — vier dimensies in totaal," legt Pinčák uit. "Ons model stelt dat het universum in werkelijkheid zeven dimensies heeft: de vier die we kennen, plus drie minuscule extra dimensies die zo strak zijn opgekruld dat we ze niet direct kunnen waarnemen."

Deze verborgen dimensies hebben de vorm van hoogwaardig symmetrische G₂-manifolds. In deze geometrie zorgt een eigenschap genaamd 'torsie' voor een draaiend effect in de ruimtetijd. Op de extreem kleine schaal die wordt bereikt wanneer een zwart gat krimpt door Hawkingstraling, wekt deze torsie een afstotende kracht op.

Stel je een G₂-manifolds voor als een extreem ingewikkelde, abstracte vorm. Het is een soort 'geometrische mal' of een 'structuur' die precies zeven dimensies heeft.

Omdat wij in onze dagelijkse wereld maar drie ruimtelijke dimensies zien (lengte, breedte, hoogte), moeten die extra dimensies ergens blijven. In dit model worden die drie extra dimensies "opgerold" in de vorm van zo'n G₂-manifold.

Het redden van informatie

Het voorstel gaat direct de strijd aan met de informatieparadox. Hawking toonde aan dat zwarte gaten straling uitzenden en langzaam massa verliezen, om uiteindelijk volledig te verdampen. De kwantummechanica stelt echter dat informatie nooit vernietigd kan worden, alleen "verhutseld".

Pinčák gebruikt een heldere metafoor: "Stel je voor dat je een boek in het vuur gooit. Het boek wordt vernietigd, maar in principe zou je elk woord kunnen reconstrueren uit de rook, de as en de hitte. De informatie is verstoord, maar niet verloren."

Bij een zwart gat dat volledig verdampt, lijkt de informatie over alles wat erin is gevallen echter voorgoed te verdwijnen. Dit zorgt voor een fundamenteel conflict tussen de algemene relativiteitstheorie en de kwantumtheorie.

Het zeven-dimensionale model van Pinčák biedt een uitweg. Wanneer het zwarte gat zijn laatste levensfase nadert, werkt de door torsie veroorzaakte afstotende kracht als een rem. Dit stopt de verdamping voordat het zwarte gat volledig verdwijnt.

Wat blijft er over?

Wat overblijft is een stabiel, microscopisch restant (een remnant), met een massa die ongeveer 10 miljard keer kleiner is dan die van een elektron. Dit restant kan de verloren informatie opslaan via subtiele trillingen, ook wel quasinormale modi genoemd.

Een brug naar de deeltjesfysica

De geometrische structuur houdt ook verband met de deeltjesfysica. Het torsieveld in de extra dimensies creëert een 'energielandschap' dat identiek is aan het mechanisme dat massa geeft aan W- en Z-bosonen (de dragers van de zwakke kernkracht) via het Higgs-mechanisme.

Dit suggereert dat de massa van deeltjes een geometrische oorsprong zou kunnen hebben, diep geworteld in de verborgen dimensies zelf.

De toekomst: bewijs of fictie?

Hoewel dit model veelbelovend is, benadrukken de onderzoekers dat het de kwantumzwaartekracht nog niet volledig verklaart. Wanneer een zwart gat krimpt tot de zogeheten Planck-schaal, komen we in een gebied waar de huidige natuurkundige modellen — inclusief die van Pinčák — aan hun grenzen stoten.

Toch is het model wetenschappelijk omdat het testbare voorspellingen doet, zoals de massa van hypothetische Kaluza-Klein-deeltjes. Deze deeltjes zijn momenteel nog niet meetbaar met onze huidige deeltjesversnellers, maar ze maken het model in principe weerlegbaar.

Of toekomstige waarnemingen van oeroude zwarte gaten, zwaartekrachtgolven of hoogenergetische botsingen dit model zullen ondersteunen, moet de tijd uitwijzen.

Voorlopig biedt het een elegante nieuwe lens op de verborgen architectuur van onze werkelijkheid.