Мы живем в трехмерной Вселенной с тремя пространственными измерениями и одним дополнительным в виде времени. Однако эксперименты двух групп ученых показали, что наличие четвертого пространственного измерения действительно возможно и оно не ограничивается простыми направлениями вверх и вниз, влево и вправо, а также вперед и назад.
Следует сразу принять во внимание, что подобные выводы противоречат известным законам физики, были основаны на очень сложных вычислениях, частично теоретических экспериментах и с использованием законов квантовой механики.
Сопоставив результаты наблюдения за двумя специально созданными двумерными средами, две независимые команды ученых из Европы и США смогли обнаружить путь в четвертое пространственное измерение, сгенерировав так называемый квантовый эффект Холла — феномен проводимости двухмерного газа при низких температурах в сильных магнитных полях.
«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, трехмерные объекты отбрасывают двухмерные тени, по которым можно догадаться о форме этих объектов. Наблюдая же за некоторыми реальными физическими трехмерными системами, мы можем кое-что понять об их четырехмерной природе, так как, по мнению физиков, трехмерные объекты могут представлять собой тени четырехмерных объектов, проявляющихся в более низких измерениях. Все это может привести к некоторым новым фундаментальным открытиям в науке.
Благодаря очень 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 же эксперименты двух команд физиков, опубликованные в журнале Nature, дают нам пример эффектов, которые это четвертое измерение может иметь.
Европейская команда ученых охладила атомы до температуры, близкой к абсолютному нулю, и с помощью лазеров поместила их в двухмерную решетку. Применив квантовый «нагнетательный насос» для возбуждения пойманных атомов, физики заметили небольшие вариации в движении, которые соответствуют проявлениям четырехмерного квантового эффекта Холла, что указывает на возможность доступа к этому четвертому измерению.
Американская команда физиков также использовала лазеры, но 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, оба эксперимента отлично дополняют друг друга.
Конечно же, физического доступа к этому четырехмерному миру у нас нет (так как мы зажаты в трехмерном пространстве), однако ученые считают, что посредством квантовой механики мы сможем больше узнать о четырехмерном пространстве и расширить наши ограниченные знания о Вселенной.
Для наглядности советуем посмотреть видео ниже. В нем показано, как персонаж из двухмерного платформера неожиданно попадает в трехмерный мир. Согласно нашей перспективе, нам будет казаться, что мы по-прежнему находимся в двухмерном мире, но по мере нашего передвижения в нем мы будем видеть некие искажения пространства, так как трехмерный мир будет накладываться на двухмерную плоскость. Аналогичные искажения были увидены учеными в вышеописанных экспериментах. Они-то и указали на существование четырехмерного пространства, которое мы не можем видеть физически, но эффекты которого накладываются на нашу трехмерную плоскость.
Несмотря на то, что физически мы не можем попасть в четырехмерное пространство, мы получили доказательство его существования и более четкую картину того, как оно работает. Ученые же, в свою очередь, хотят использовать результаты этих наблюдений для более детального анализа. Кто знает, возможно, в ходе дальнейшей работы они смогут совершить и другие открытия.