menu

14:42
Открытие четвертого измерения потрясло ученых.

Открытие четвертого измерения потрясло ученых.

Исследователи говорят, что они официально наблюдали четвертое пространственное измерение, основываясь на удивительных результатах новых исследований.
Исследователи из Европы и США считают, что наблюдали еще одно измерение, помимо известных трех на пространственной оси, но четвертое может оказаться сложным для понимания рядовому обывателю.
Все основано на так называемом Эффект Холла, когда электрон ограничивается двумя измерениями, а затем, используя сильные магнитные поля при низкой температуре, заставляет электроны двигаться по заданной топологической траектории. Затем ток течет по самым краям материала.
Открытие четвертого измерения потрясло ученых
Ученым еще предстоит продемонстрировать какое-либо полезное применение этого открытия, но это прорыв, который открывает новые направления и возможности для исследований и меняет наше понимание самого движения. Это также, несомненно, приведет к лучшему пониманию размерностей и теории струн.
Ниже приводится заявление Федерального технологического университета ( ETH ) в Цюрихе:
С тех пор, как Альберт Эйнштейн разработал специальную теорию относительности в 1905 году в Цюрихе, время считалось четвертым измерением. Но как визуализировать четвертое пространственное измерение — в связи с осями вверх-вниз, вправо-влево, вперед-назад? Сальвадор Дали попробовал это в своем творчестве: сцена распятия 1954 года показывает крест, составленный из трехмерного гиперкуба в четырех измерениях (похожий на куб, разбитый на квадраты). Совершенно иной, но не менее захватывающий взгляд на четвертое измерение был только что получен благодаря двум исследовательским группам из Швейцарии, США, Германии, Италии и Израиля. Исследователь ETH Одед Зильберберг, профессор Института теоретической физики, сыграл ключевую роль в обеих публикациях, появившихся недавно в научном журнале Nature. Это послужило теоретической основой для экспериментов, в которых четырехмерное физическое явление можно было наблюдать в двух измерениях.
Открытие четвертого измерения потрясло ученых
Квантовый эффект Холла.
Оба эксперимента были основаны на так называемом квантовый эффект Холла. Обычно такой эффект проявляется на плоскости границы между двумя материалами, вдоль которой электрон может двигаться только в двух измерениях. Магнитное поле, перпендикулярное материалу, изначально приводит к эффекту Холла: ток, протекающий через материал, увеличивает напряжение перпендикулярно — чем больше магнитное поле, тем больше напряжение. Это связано с тем, что магнитное поле создает силу в направлениях движения (сила Лоренца), отталкивающую электроны. Однако при очень низких температурах и очень сильных магнитных полях квантовая механика становится важной, а это означает, что напряжение больше не увеличивается постоянно, а незаметно увеличивается скачками.
Вопрос топологии.
Квантовый эффект Холла также можно понимать как топологическое явление. Топология описывает, например, сколько «дырок» имеет объект и какие другие формы ему можно придать, не разделяя его. Подобные законы отвечают за движение электронов по топологически определенным путям с использованием квантового эффекта Холла. Например, при определенных величинах магнитного поля электрический ток может протекать только по краям материала, но не внутри него. Около двадцати лет назад было математически показано, что аналогичный топологический эффект должен иметь место и в четырех пространственных измерениях. «Но тогда это было немного похоже на научную фантастику», — говорит Одед Зильберберг.«Поскольку во время эксперимента наблюдать что-то подобное казалось невозможным — ведь физическое пространство имеет всего три измерения».
Открытие четвертого измерения потрясло ученых
Виртуальные размерности и топологическая накачка.
Однако Зильбербергу пришла в голову умная идея: с помощью так называемого топологических насосов, должна быть возможность добавить виртуальное измерение к двум реальным измерениям, присутствующим в квантовом эффекте Холла. Топологическая накачка осуществляется путем модуляции определенного управляющего параметра физической системы, который отвечает за характерное изменение квантового состояния во времени. Конечный результат выглядит так, как будто система движется в дополнительном пространственном измерении. Таким образом, вы теоретически можете превратить двухмерную систему в четырехмерную.
Оптическое изображение четвертого измерения.
То, что это может работать и на практике, было только что достигнуто в двух независимых экспериментах. Группа физиков под руководством Микаэля Рехтсмана из Университета штата Пенсильвания и команда Кевина Чена из Университета Питтсбурга реализовали идею Одеда Зильберга, объединив двумерную серию волноводов в 15- сантиметровый стеклянный блок с помощью лазерных лучей. Волноводы, однако, были не прямыми, а извивались, как змея, сквозь стекло, что делало расстояние между отдельными секциями вдоль блока неравномерным. В зависимости от расстояния световые волны, распространяющиеся по волноводам, могут легче переходить на соседний волновод.
Открытие четвертого измерения потрясло ученых
Различные связи между волноводами действовали как топологические насосы, тем самым удваивая число измерений эксперимента с двух до четырех. Теперь исследователи могли буквально «увидеть» ожидаемый четырехмерный квантовый эффект Холла, вводя свет в волноводы с одного конца стеклянного блока и фиксируя то, что выходило с другого конца, с помощью камеры. Таким образом, становятся непосредственно видимыми характерные граничные состояния четырехмерного квантового эффекта Холла, где свет должен выходить только из волноводов на краю оптической решетки.
Четырехмерный квантовый перенос холодных атомов.
Иммануил Блох и его коллеги из Института квантовой оптики им. Макса Планка в Мюнхене также разработали топологические накачки, используя чрезвычайно холодные атомы, захваченные оптическими сетками, образованными скрещенными лазерными лучами. В их эксперименте накачка достигалась за счет циклического изменения свойств разделенных ячеек сетки, в которых были захвачены атомы. Измерив затем двумерное движение атомов в решетке, исследователи смогли подтвердить поведение атомов в соответствии с топологией четырехмерного квантового эффекта Холла. В частности, они могли непосредственно наблюдать явления квантованного переноса, предсказанные в этом событии.
Открытие четвертого измерения потрясло ученых
Прогресс в фундаментальных исследованиях.
Так каковы же практические применения этого открытия? «На данный момент проводимые эксперименты все еще далеки от какого-либо полезного применения», — признает Зильберберг . Однако она имеет большое значение для дальнейших фундаментальных исследований. Физики теперь могут не только на бумаге, но и экспериментально анализировать эффекты, которые явление в четырех (или даже большем) измерениях может иметь в обычном трехмерном мире. Одним из примеров являются квазикристаллы в металлических сплавах. В трех пространственных измерениях такие квазикристаллы не имеют периодической структуры, но при рассмотрении в виртуальных измерениях они демонстрируют регулярные закономерности. И, наконец, существует теория струн, согласно которой высшие пространственные измерения « сжимаются ».«В той мере, в какой это недоступно в повседневном опыте, и только нормальный трехмерный мир можно наблюдать и переживать.
Категория: В мире технологий | Просмотров: 58 | Добавил: antina | Теги: технологии, иследование, Четвертое измерение, ученые, Виртуальность, реальность | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar