Физики измерили «тень», которую отбрасывает четвертое измерение
Мы привыкли иметь дело с тремя пространственными измерениями, но две команды ученых, из США и Европы, нашли способ изучить эффект, который оказывает на нашу реальность четвертое измерение. Разумеется, в эксперименте дело не обошлось без квантовой механики.
Физики смогли создать специальные двухмерные структуры, одну с ультрахолодными атомами, а другую — с фотонами. В обоих случаях они добились различного, но взаимодополняющего результата, который напоминал квантовый эффект Холла. Эти эксперименты могут оказать большое воздействие на фундаментальную науку и могут даже иметь практическое применение.
«Физически, у нас нет 4-мерного пространства, но мы можем добиться 4-мерного квантового эффекта Холла при помощи низкоразмерной системы, поскольку высокоразмерная система закодирована в ее сложной структуре, — говорит Макаел Рехтсман, профессор Университета штата Пенсильвания. — Возможно, нам удастся придумать новую физику в более высоком измерении, а затем создать устройства, обладающие этим преимуществом в более низких измерениях».
Другими словами, как трехмерные объекты отбрасывают двухмерные тени, по которым можно догадаться о форме этих 3D-объектов, также и мы можем, наблюдая за некоторыми реальными физическими системами, кое-что понять об их четырехмерной природе, разглядывая тени, которые проявляются в более низких измерениях.
Благодаря сложным вычислениям, за которые в 2016 была выдана Нобелевская премия, мы теперь знаем, что квантовый эффект Холла указывает на существование четвертого измерения в пространстве. Новейшие эксперименты, опубликованные в журнале Nature, дают нам пример эффектов, которые это четвертое измерение может иметь.
Одна из команд ученых — европейская — охладила атомы до температуры, близкой к абсолютному нулю и разместила их в двухмерную решетку. Применив квантовый «нагнетательный насос» для возбуждения пойманных атомов, физики заметили небольшие вариации в движении, которые соответствуют проявлениям квантового эффекта Холла, что указывает на возможность когда-нибудь попасть в это четвертое измерение.
Американская группа также использовала лазеры, но на этот раз для управления светом, проходящим через стеклянный блок. Имитируя эффект электрического поля на заряженных частицах, ученые также смогли наблюдать последствия четырехмерного квантового эффекта Холла.
По словам ученых, эти два эксперимента хорошо дополняют друг друга.
Физики Института Макса Планка считают, что другие измерения, предсказанные теорией струн, могут проявлять себя в гравитационных волнах. И их можно будет обнаружить при помощи нескольких детекторов, которые появятся у ученых в ближайшие пару лет.
