większość wczesnych prac nad przestrzenią pięciowymiarową była próbą opracowania teorii, która jednoczy cztery podstawowe oddziaływania w przyrodzie: silne i słabe siły jądrowe, grawitacja i elektromagnetyzm. Niemiecki matematyk Theodor Kaluza i szwedzki fizyk Oskar Klein niezależnie opracowali teorię Kaluzy–Kleina w 1921 roku, która wykorzystała piąty wymiar do zjednoczenia grawitacji z siłą elektromagnetyczną. Chociaż ich podejście okazało się później co najmniej częściowo niedokładne, koncepcja ta stanowiła podstawę do dalszych badań w ciągu ostatniego stulecia.,
aby wyjaśnić, dlaczego ten wymiar nie byłby bezpośrednio obserwowalny, Klein zasugerował, że piąty wymiar byłby zwinięty w maleńką, zwartą pętlę na 10-33 centymetry. Według jego rozumowania, wyobrażał światło jako zaburzenie spowodowane falowaniem w wyższym wymiarze, tuż poza ludzką percepcją, podobnie jak ryby w stawie mogą widzieć tylko cienie fal na powierzchni wody spowodowane kroplami deszczu. Chociaż nie wykrywalne, pośrednio implikuje związek między pozornie niepowiązanymi siłami., Teoria Kaluzy-Kleina przeżyła odrodzenie w latach 70. z powodu pojawienia się teorii superstrun i supergrawitacji: koncepcja, że rzeczywistość składa się z wibrujących pasm energii, postulat tylko matematycznie realny w dziesięciu wymiarach lub więcej. Teoria Superstring ewoluowała następnie w bardziej uogólnione podejście znane jako M-teoria. M-teoria zasugerowała potencjalnie obserwowalny dodatkowy wymiar oprócz dziesięciu zasadniczych wymiarów, które pozwoliłyby na istnienie superstrun. Pozostałe 10 wymiarów jest zagęszczonych lub „zwiniętych” do rozmiaru poniżej poziomu subatomowego., Teoria Kaluzy-Kleina jest dziś postrzegana jako zasadniczo teoria miernika, przy czym miernik jest grupą okręgu.
piąty wymiar jest trudny do bezpośredniej obserwacji, choć Wielki Zderzacz Hadronów daje możliwość zarejestrowania pośrednich dowodów jego istnienia. Fizycy teoretyzują, że zderzenia cząstek subatomowych z kolei wytwarzają nowe cząstki w wyniku zderzenia, w tym grawiton, który ucieka z czwartego wymiaru, lub brane, wyciekając do pięciowymiarowej masy., M-teoria wyjaśniałaby słabość grawitacji w stosunku do innych podstawowych sił natury, co widać na przykład, gdy używa się magnesu do podnoszenia szpilki ze stołu — magnes jest w stanie z łatwością pokonać przyciąganie grawitacyjne całej ziemi.
na początku XX wieku opracowano podejścia matematyczne, które postrzegały piąty wymiar jako konstrukcję teoretyczną. Teorie te odwołują się do przestrzeni Hilberta, koncepcji, która postuluje nieskończoną liczbę wymiarów matematycznych, aby umożliwić nieograniczoną liczbę stanów kwantowych., Einstein, Bergmann i Bargmann próbowali później rozszerzyć czterowymiarową czasoprzestrzeń ogólnej teorii względności na dodatkowy wymiar fizyczny, aby włączyć elektromagnetyzm, choć nie udało im się. W swojej pracy z 1938 roku Einstein i Bergmann byli jednymi z pierwszych, którzy wprowadzili nowoczesny punkt widzenia, że teoria czterowymiarowa, która pokrywa się z teorią Einsteina-Maxwella na dużych odległościach, wywodzi się z teorii pięciowymiarowej z pełną symetrią we wszystkich pięciu wymiarach., Zasugerowali, że elektromagnetyzm wynika z pola grawitacyjnego, które jest „spolaryzowane” w piątym wymiarze.
główną nowością Einsteina i Bergmanna było poważne rozważenie piątego wymiaru jako jednostki fizycznej, a nie pretekstu do połączenia tensora metrycznego i potencjału elektromagnetycznego. Ale potem się wycofali, modyfikując teorię, aby złamać jej pięciowymiarową symetrię., Ich rozumowanie, jak zasugerował Edward Witten, było takie, że bardziej symetryczna wersja teorii przewidywała istnienie nowego pola dalekiego zasięgu, które było zarówno bezmasowe, jak i skalarne, co wymagałoby fundamentalnej modyfikacji ogólnej teorii względności Einsteina. Przestrzeń Minkowskiego i równania Maxwella w próżni mogą być osadzone w pięciowymiarowym tensorze krzywizny Riemanna.,
w 1993 roku fizyk Gerard 't Hooft przedstawił zasadę holograficzną, która wyjaśnia, że informacja o dodatkowym wymiarze jest widoczna jako krzywizna w czasoprzestrzeni o jeden wymiar mniejszy. Na przykład hologramy są trójwymiarowymi obrazami umieszczonymi na dwuwymiarowej powierzchni, co nadaje obrazowi krzywiznę, gdy porusza się obserwator. Podobnie, w ogólnej teorii względności, czwarty wymiar przejawia się w obserwowalnych trzech wymiarach jako ścieżka krzywizny poruszającej się cząstki infinitezymalnej (testowej)., T Hooft spekulował, że piąty wymiar to tak naprawdę tkanina czasoprzestrzenna.
