Είμαστε συνηθισμένοι να υπάρχουμε σε τρεις χωρικές διαστάσεις με μια επιπλέον διάσταση χρόνου καθώς κινούμαστε εντός του Σύμπαντος, αλλά, δύο ομάδες επιστημόνων, έδειξαν ότι μια τέταρτη χωρική διάσταση θα μπορούσε να εκτείνεται πέρα από τα όρια του πάνω και κάτω, αριστερά και δεξιά, προς τα εμπρός και προς τα πίσω. Όπως είναι αναμενόμενο, κάτι τέτοιο αλλοιώνει τους γνωστούς νόμους της φυσικής. Τα πειράματα που ενέχονται, βέβαια, είναι εν μέρει θεωρητικά και πολύ περίπλοκα και αγγίζουν την παλιά μας φίλη, την κβαντική μηχανική.
Συνδυάζοντας δύο ειδικά σχεδιασμένες 2D δομές, δύο ξεχωριστές ομάδες ερευνητών – μία στην Ευρώπη και μία στις ΗΠΑ – κατάφεραν να δουν μια τέταρτη χωρική διάσταση αξιοποιώντας αυτό που είναι γνωστό ως κβαντικό φαινόμενο Hall (quantum Hall effect), μια συγκεκριμένη μέθοδο μαγνητικής εκτροπής και μέτρησης ηλεκτρονίων.
| Εκφυλισμός καταστάσεων Landau του κβαντικού φαινομένου Hall, με την αύξηση του μαγνητικού πεδίου. |
«Φυσικά, δεν διαθέτουμε ένα 4D χωρικό σύστημα, αλλά μπορούμε να έχουμε πρόσβαση στην 4D φυσική του κβαντικού Hall χρησιμοποιώντας ένα λιγότερων διαστάσεων σύστημα, επειδή ένα σύστημα περισσότερων διαστάσεων κωδικοποιείται σε πολυπλοκότητα δομής λιγότερων διαστάσεων», δήλωσε ένας ερευνητής στις ΗΠΑ, ο Mikael Rechtsman από το Penn State University, στον Ryan F. Mandelbaum στο Gizmodo.
«Ίσως μπορούμε να βρούμε νέα φυσική σε τέσσερις διαστάσεις και στη συνέχεια να σχεδιάσουμε συσκευές με τις οποίες θα εκμεταλλευθούμε την φυσική της ανώτερης αυτής διάστασης, αποκομίζοντας οφέλη για τις χαμηλότερες διαστάσεις».
Με άλλα λόγια, ακριβώς όπως ένα τρισδιάστατο αντικείμενο δημιουργεί μια δισδιάστατη σκιά, οι επιστήμονες έχουν καταφέρει να παρατηρήσουν μια τρισδιάστατη σκιά που μπορεί να δημιουργείται από ένα αντικείμενο τεσσάρων διαστάσεων – ακόμα κι αν δεν μπορούμε να δούμε αυτό το ίδιο το τετραδιάστατο αντικείμενο. Τέτοιες μελέτες θα μπορούσαν να ξεκλειδώσουν νέες ανακαλύψεις για τις ίδιες τις βασικές αρχές της επιστήμης.
Χάρις σε κάποιους μάλλον προηγμένους υπολογισμούς – ο οποίοι κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 2016 – γνωρίζουμε ότι το κβαντικό φαινόμενο Hall υποδεικνύει την ύπαρξη μιας τέταρτης χωρικής διάστασης.
Αυτό που επιτυγχάνουν τα νέα αυτά πειράματα είναι να μας δώσουν μια εικόνα των επιπτώσεων που μπορεί να έχει αυτή η τέταρτη διάσταση στην γνώση του φυσικού κόσμου.
Το πείραμα της ευρωπαϊκής ομάδας περιελάμβανε άτομα που ψύχονταν κοντά στο απόλυτο μηδέν και διατάχθηκαν σε πλέγμα 2D μέ χρήστη λέιζερ. Το πλέγμα περιγράφηκε από τους ερευνητές ως «φωτονικός κρύσταλλος τύπου «αυγοθήκης»».
Με την προσθήκη επιπλέον λέιζερ, η ομάδα ήταν σε θέση να εφαρμόσει μια κβαντική «αντλία φορτίου» για να διεγείρει τα παγιδευμένα άτομα και να τα κινεί. Ελαφρές διακυμάνσεις της κίνησης οι οποίες εντοπίστηκαν από τους ερευνητές ταιριάζουν με τον τρόπο που ένα τετραδιάστατο φαινόμενο Hall θα αποκλίνει – προσθέτοντας βάρος στην πιθανότητα να προσπελαστεί μια τέταρτη χωρική διάσταση.
Το αμερικανικό πείραμα χρησιμοποίησε επίσης λέιζερ, αυτή τη φορά για να ελέγξει το φως καθώς διέρχεται από ένα μπλοκ από γυαλί. Ρυθμίζοντας το φως ώστε να προσομοιώσουν την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου στα φορτισμένα σωματίδια, μπόρεσαν και πάλι να παρατηρηθούν οι συνέπειες ενός 4D κβαντικού φαινομένου Hall.
Φυσικά, δεν μπορούμε να προσεγγίσουμε δια ζώσης αυτόν τον τετραδιάστατο κόσμο – είμαστε κολλημένοι σε 3D χώρο – αλλά οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η κβαντική μηχανική θα μπορούσε κάπως να μας δώσει μια εικόνα του, επεκτείνοντας έτσι την περιορισμένη αντίληψή μας για το Σύμπαν.
Ένας τρόπος να φανταστούμε τι σημαίνει αυτό είναι το βίντεο αυτό, όπου προσομοιώνει τον χώρο μας σε έναν χώρο δύο διαστάσεων και μας υποδεικνύει την πλεονεκτική θέση αυτού που κινείται σε μία διάσταση παραπάνω.
Ένας άλλος τρόπος για να το σκεφτούμε, με την βοήθεια του παρακάτω βίντεο, είναι αν ήμασταν χαρακτήρες βιντεοπαιχνιδιών από μια πλατφόρμα 2D και ξαφνικά περιπλανιόμασταν σε ένα τρισδιάστατο παιχνίδι. Η προοπτική μας θα παραμείνει δισδιάστατη, αλλά καθώς κινούμαστε θα παρατηρούμε στρεβλώσεις και ανατροπές σαν ο 3D κόσμος να προβάλλονταν σε ένα 2D επίπεδο.
Το ίδιο είδος στρεβλώσεων έχει αποδειχθεί σε αυτή τη μελέτη, υπονοώντας έναν μεγαλύτερο 4D κόσμο έξω από αυτόν που μπορούμε να δούμε ως τώρα.
Δεν μπορούμε λοιπόν -προς ώρας- να κάνουμε ταξίδι στην τέταρτη χωρική διάσταση, αλλά έχουμε περισσότερες αποδείξεις ότι είναι εκεί έξω καθώς και μια καλύτερη ιδέα για το πώς λειτουργεί.
Η ομάδα των ερευνητών σκοπεύει τώρα, βασιζόμενη σε αυτές τις μελέτες, να εξετάσει προσεχώς, και ίσως να διερευνήσει βαθύτερα κάποια ακόμη πιο προηγμένα φυσικά φαινόμενα στην πορεία.
«Νομίζω ότι τα δύο πειράματα συμπληρώνονται όμορφα μεταξύ τους», δήλωσε στο Gizmodo ένας από τους ευρωπαίους ερευνητές, ο Michael Lohse από το Πανεπιστήμιο Ludwig-Maximilians της Γερμανίας.
Τα ευρήματα από τα δύο πειράματα έχουν δημοσιευτεί στο περιοδικό Nature εδώ και εδώ.
APODYOPTES 