Физиците откриха доказателства за съществуването на четвърто измерение

Физиците вече знаят, че поне на теория е възможно да има повече измерения от трите, които ние познаваме. Първият намек за този факт се появява през 1905 г., когато Айнщайн развива своята специална теория на относителността. Разбира се, под „измерения“ ние имаме предвид дължина, широчина и височина. По принцип, когато говорим за четвъртото измерение, всъщност става въпрос за пространствено-времевия континиум. Но в случая физиците визират пространствено измерение извън нормалните три, не паралелна вселена, както в научно-фантастичните филми.

Дори ако съществуват други измерения някъде там във вселената или в други вселени, учените не са сигурни дали ние въобще бихме могли да ги усетим, дори ако пътуваме в тях. Може би нашият мозък просто не разполага със сетиво, което да ги улови. Математически можем да опишем четвъртото измерение, но не и да го усетим физически.

Но това не спира учените да търсят доказателства за други измерения. Хиперкубът е модел, който ни помага да възприемем и разберем по-лесно четвъртото измерение. Той представлява куб в друг куб. Въпреки че е полезна метафора за четириизмерното пространство, той всъщност не съществува в реалния свят. Тогава как учените засичат четвъртото измерение? Два научни екипа, независимо един от друг (в САЩ и Европа) са извършили експерименти, с които да го открият.

И двата експеримента всъщност са двуизмерни и използват явление, известно като ефект на Хол. Той се проявява, когато имате налице елктропроводим материал (метален лист или жица), през който пускате ток. Електроните се движат в една посока. Ако приложите магнитно поле, перпендикулярно на метала, електроните се обръщат наляво или надясно, заради т. нар. сила на Лоренц.

В резултат на ефекта на Хол електроните засядат в двуизмерната система. След това те могат да се движат само в две посоки. Ефектът на Хол се проявява на квантово ниво, когато металът е с много ниска температура или е обект на много силно магнитно поле. Но тогава се случва още нещо. Волтажът не се покачва както обикновено, а стъпаловидно. Ограничавайки електроните чрез ефекта на Хол, можете също така и да ги измерите.

Ако следвате математическите уравнения, ще осъзнаете, че квантовият ефект на Хол може да се засече и в четириизмерна система. Професор Микаел Рехтсман от държавния университет Пен е част от американския научен екип. Той казва:

„Физически, ние не разполагаме с четириизмерна пространствена система, но можем да постигнем квантовия ефект на Хол, използвайки тази система с по-малко измерения, защото многоизмерната система е кодирана в сложността на структурата.“

Самите ние сме триизмерни обекти, които хвърлят двуизмерна сянка. Четириизмерен обект ще хвърля триизмерна сянка. Можем да научим нещо за триизмерния обект, като изследваме сянката му. Затова без съмнение можем да добием знание за четириизмерен обект по триизмерната му сянка. И двата научни екипа са се опитали да направят точно това. Те използвали лазери, за да уловят четвъртото измерение.
В европейския експеримент учените използвали елемента рубидий и го охладили до абсолютната нула. След това затворили атомите в лазерна решетка, създавайки нещо, което описват като „светлинен кристал, подобен на кора за яйца“. След това те включили повече лазери, за да възбудят атомите, създавайки т. нар. квантова „зареждаща помпа“. Въпреки че самите атоми нямат заряд, тук се симулира предаването на електрическите заряди. Едва доловимите различия в движенията на атомите съвпадат с начина, по който ефектът на Хол се проявява в четвъртото измерение.

При американския експеримент учените използвали стъкло, за да контролират лазерния поток към системата. Можете да си го представите като триъгълна стъклена призма с поредица от канали, които изглеждат като многобройни оптични влакна, дълги колкото кутията. Учените успели да манипулират светлината, използвайки каналите като ориентир за вълните, за да я накарат да се държи като електрическо поле. Когато светлината отскача от противоположните краища към ъглите, учените знаят, че наблюдават ефекта на Хол, точно както той би се проявил в четириизмерна система.

Учени от швейцарския университет ETH в Цюрих провеждат европейския експеримент. Одед Зилберберг казва, че преди тези експерименти наблюдаването на ефекта на Хол в четвъртото измерение звучало като научна фантастика.

„Към момента тези експерименти са все още далеч от всякакво полезно приложение,“ казва той.

Въпреки това физиката на четвъртото измерение може да влияе върху нашия триизмерен свят. Що се отнася до възможните приложения, Рехтсман казва:

„Може би ще открием нова физика в четвъртото измерение и тогава ще проектираме уреди, които да извличат ползите от тази физика в по-ниските измерения.“

В тези експерименти фотоните и електроните не си взаимодействат. В следващите учените смятат, че може би ще е интересно да се види какво правят те в четвъртото измерение. Рехтсман твърди, че може да разберем по-добре състоянията на материята, изследвайки четвъртото измерение.

Но това не е всичко, всъщност според струнната теория измеренията не са нито 3, нито 4, а цели 11. Можете ли да си го представите?

Докладите на двата научни екипа са публикувани в научното списание Nature.

По статията работи: Величка Мартинова
Източник: bigthink.com