4D МИР: свет, движущийся в четвертом измерении, наблюдаемый во время эксперимента Quantum Hall

Любое упоминание о четвертом измерении и ваш ум сразу же бросается в путь к возможным чудесам путешествия во времени. Поскольку в 1905 году была введена теория относительности Альберта Эйнштейна, четвертое измерение помогло нам понять «измерение времени».

В нашем физическом мире мы можем воспринимать три измерения и одно дополнительное измерение — время, когда мы движемся по Вселенной.

Но два последних квантовых эксперимента впервые показали существование четвертой пространственной размерности.

Команды ученых из США и Европы показали, что в дополнение к традиционной трехосевой оси, где объект может двигаться вверх-вниз, влево-вправо или вперед-назад к наблюдателю, существует четвертое пространственное измерение, которое может ввести новые направления движения.

Открытие было сделано путем изучения результатов двух экспериментов с квантовым залом. «Квантовый эффект Холла» возникает, когда движение электрона в материале ограничивается только 2D. Когда электроны ограничены двумя измерениями, а магнитное поле проходит перпендикулярно, некоторые из электрических свойств системы ограничиваются кратными точным значениям числа.

Во время этого эффекта наблюдается, что электроны могут двигаться только в четко определенных топологических путях, которые предопределены. Для особых сильных сторон магнитного поля электрический ток может протекать только вдоль краев материала. Этот эффект, который наблюдался 20 лет назад, считался похожим на то, что произойдет с частицами в четвертом измерении.

Одед Зильберберг, исследователь ETH и профессор Института теоретической физики не обратили внимания на два эксперимента, которые предоставили данные для открытия. Объединив две специально разработанные 2D-установки для изучения квантового эффекта Холла, они смогли увидеть этот четвертый пространственный размер.

Команда использовала специально разработанные топологические насосы, которые помогли модулировать определенный параметр физической системы, в которой наблюдался квантовый эффект Холла. Это приводит к тому, что квантовые состояния изменяются заранее определенным образом. Это изменение, как отмечала команда, было аналогично тому, как они ожидали, что система будет реагировать, когда она двигается в дополнительном пространственном измерении.

Двумерная система сразу стала 4D-системой.

Это была не просто вспышка в кастрюле. Команда физиков из Университета штата Пенсильвания и Питтсбургского университета применила идею, порожденную Зильбербергом, сжиганием двумерного массива волноводов в стеклянный блок длиной 15 сантиметров с использованием лазерных лучей.

Эти волноводы были разрезаны на стекло в случайных путях, так что расстояния между ними изменялись вдоль стеклянного блока в разных точках. По мере изменения расстояний между колебаниями световые волны (лазеры), движущиеся по волноводам, могут легко перейти к соседнему волноводу.

Как группа экспериментировала с различными волноводами, они обнаружили, что они действовали как топологические насосы. Свет пропускался через стеклянный блок и через различные формы волны. Они записали свет, который появился после прохождения через стекло. Найдены частицы краевого состояния ранее теоретически доказанного четвертого измерения в квантовом эффекте Холла. Свет от края решетки стал непосредственно видимым, что показало исследователям, что частицы движутся по четвертому измерению.

Так в чем практическое использование всего этого? «Сейчас эти эксперименты все еще далеки от любого полезного приложения, — признает Зильберберг.

Но ученые теперь имеют представление о том, что нужно изучать, когда дело доходит до изучения четвертого измерения. Они могут изучать квазикристаллы в металлических сплавах, которые не имеют заметного рисунка при просмотре в трехмерном пространстве, но когда они смотрят на них в более высоких виртуальных измерениях, на самом деле они демонстрируют регулярные закономерности.

Команда считает, что это может помочь изучению теории струн в мире, в которой более высокие размеры просто сжимаются таким образом, что существует только наш нормальный трехмерный мир.

Четырехмерное пространство или 4D-пространство было получено математически несколько лет назад. Концепция — это просто расширение существующего трехмерного или трехмерного пространства, которое видят все люди. Это трехмерное пространство, которое мы разделяем, рассматривается как простейшее возможное обобщение пространства вокруг нас.

Три оси используются для описания размеров или местоположения объектов, которые мы видим в повседневном мире, а также помогают нам размещать их в пространстве. Например, объем прямоугольной коробки определяется путем измерения ее длины (часто обозначенной x), ширины (y) и глубины (z), которые являются тремя измерениями объекта, тогда как 2D-прямоугольник использует только его длину и ширину , Геометрия четырехмерного пространства гораздо сложнее, чем трехмерное пространство из-за дополнительной степени свободы.