Ein Großteil der frühen Arbeiten zum fünfdimensionalen Raum war in einem Versuch, eine Theorie zu entwickeln, die die vier grundlegenden Wechselwirkungen in der Natur vereint: starke und schwache Kernkräfte, Schwerkraft und Elektromagnetismus. Der deutsche Mathematiker Theodor Kaluza und der schwedische Physiker Oskar Klein entwickelten 1921 unabhängig voneinander die Kaluza-Klein-Theorie, die die fünfte Dimension verwendete, um die Schwerkraft mit elektromagnetischer Kraft zu vereinen. Obwohl sich später herausstellte, dass ihre Ansätze zumindest teilweise ungenau waren, bildete das Konzept eine Grundlage für weitere Forschungen im vergangenen Jahrhundert.,
Um zu erklären, warum diese Dimension nicht direkt beobachtbar wäre, schlug Klein vor, dass die fünfte Dimension in einer winzigen, kompakten Schleife in der Größenordnung von 10-33 Zentimetern aufgerollt würde. Unter seiner Argumentation stellte er sich Licht als eine Störung vor, die durch Plätschern in der höheren Dimension verursacht wurde, die über die menschliche Wahrnehmung hinausging, ähnlich wie Fische in einem Teich nur Schatten von Wellen über die Wasseroberfläche sehen können, die durch Regentropfen verursacht werden. Obwohl es nicht nachweisbar ist, würde es indirekt eine Verbindung zwischen scheinbar unabhängigen Kräften implizieren., Die Kaluza-Klein-Theorie erlebte in den 1970er Jahren aufgrund der Entstehung von Superstringtheorie und Supergravitation eine Wiederbelebung: Das Konzept, dass die Realität aus vibrierenden Energiesträngen besteht, ein Postulat, das nur mathematisch in zehn Dimensionen oder mehr lebensfähig ist. Die Superstringtheorie entwickelte sich dann zu einem allgemeineren Ansatz, der als M-Theorie bekannt ist. Die M-Theorie schlug zusätzlich zu den zehn wesentlichen Dimensionen eine potenziell beobachtbare zusätzliche Dimension vor, die die Existenz von Superstrings ermöglichen würde. Die anderen 10 Dimensionen werden verdichtet oder auf eine Größe unterhalb der subatomaren Ebene“ aufgerollt“., Die Kaluza-Klein-Theorie wird heute im Wesentlichen als Spurtheorie angesehen, wobei die Spur die Kreisgruppe ist.
Die fünfte Dimension ist schwer direkt zu beobachten, obwohl der Large Hadron Collider die Möglichkeit bietet, indirekte Beweise für seine Existenz aufzuzeichnen. Physiker theoretisieren, dass Kollisionen von subatomaren Teilchen wiederum neue Teilchen als Folge der Kollision erzeugen, einschließlich eines Gravitons, das aus der vierten Dimension entweicht, oder Brane, das in eine fünfdimensionale Masse austritt., Die M-Theorie würde die Schwäche der Schwerkraft relativ zu den anderen Grundkräften der Natur erklären, wie zum Beispiel bei der Verwendung eines Magneten zum Anheben eines Stiftes von einem Tisch zu sehen ist — der Magnet kann den Gravitationszug der gesamten Erde mit Leichtigkeit überwinden.Jahrhunderts wurden mathematische Ansätze entwickelt, die die fünfte Dimension als theoretisches Konstrukt betrachteten. Diese Theorien beziehen sich auf den Hilbert-Raum, ein Konzept, das eine unendliche Anzahl mathematischer Dimensionen postuliert, um eine unbegrenzte Anzahl von Quantenzuständen zu ermöglichen., Einstein, Bergmann und Bargmann versuchten später, die vierdimensionale Raumzeit der allgemeinen Relativitätstheorie in eine zusätzliche physikalische Dimension zu erweitern, um den Elektromagnetismus zu integrieren, obwohl sie erfolglos waren. In ihrer Arbeit von 1938 gehörten Einstein und Bergmann zu den ersten, die den modernen Standpunkt einführten, dass eine vierdimensionale Theorie, die mit der Einstein-Maxwell-Theorie in großen Entfernungen übereinstimmt, von einer fünfdimensionalen Theorie mit vollständiger Symmetrie in allen fünf Dimensionen abgeleitet ist., Sie schlugen vor, dass der Elektromagnetismus aus einem Gravitationsfeld resultierte, das in der fünften Dimension „polarisiert“ ist.
Die Hauptneuheit von Einstein und Bergmann bestand darin, die fünfte Dimension ernsthaft als physikalische Einheit zu betrachten, anstatt als Ausrede, den metrischen Tensor und das elektromagnetische Potential zu kombinieren. Aber sie verzichteten dann und modifizierten die Theorie, um ihre fünfdimensionale Symmetrie zu brechen., Ihre Argumentation, wie von Edward Witten vorgeschlagen, war, dass die symmetrischere Version der Theorie die Existenz eines neuen Langstreckenfeldes voraussagte, eines, das sowohl massenlos als auch skalar war, was eine grundlegende Änderung von Einsteins Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie erforderlich gemacht hätte. Minkowski-Raum und Maxwells Gleichungen im Vakuum können in einen fünfdimensionalen Riemann-Krümmungstensor eingebettet werden.,
1993 legte der Physiker Gerard ‚t Hooft das holographische Prinzip vor, das erklärt, dass die Informationen über eine zusätzliche Dimension als Krümmung in einer Raumzeit mit einer Dimension weniger sichtbar sind. Hologramme sind beispielsweise dreidimensionale Bilder, die auf einer zweidimensionalen Oberfläche platziert werden und dem Bild eine Krümmung verleihen, wenn sich der Beobachter bewegt. In ähnlicher Weise manifestiert sich in der allgemeinen Relativität die vierte Dimension in beobachtbaren drei Dimensionen als Krümmungsweg eines sich bewegenden infinitesimalen (Test -) Teilchens., ‚T Hooft hat spekuliert, dass die fünfte dimension ist wirklich die raumzeit Stoff.
