Vi lever i ett tredimensionellt universum med tre rumsliga dimensioner och en ytterligare tid. Men experimenten från två grupper av forskare visade att förekomsten av den fjärde rumsliga dimensionen verkligen är möjlig och att den inte är begränsad till enkla riktningar upp och ner, vänster och höger, såväl som framåt och bakåt.
Det bör omedelbart beaktas att sådana slutsatser strider mot de välkända fysiklagarna, baserades på mycket komplexa beräkningar, delvis teoretiska experiment och med användning av kvantmekanikens lagar.
Genom att jämföra resultaten från observationer från två speciellt skapade tvådimensionella medier kunde två oberoende team av forskare från Europa och USA hitta vägen till den fjärde rumsliga dimensionen och generera den så kallade kvanta Hall-effekten - fenomenet med konduktiviteten hos en tvådimensionell gas vid låga temperaturer i starka magnetfält.
"Fysiskt har vi inte 4-dimensionellt utrymme, men vi kan uppnå 4-dimensionell kvant Hall-effekt med ett lågdimensionellt system eftersom det högdimensionella systemet är kodat i dess komplexa struktur," säger Makael Rechtsman, professor vid University of Pennsylvania.
"Vi kanske kan komma med ny fysik i en högre dimension och sedan skapa enheter som har denna fördel i de lägre dimensionerna."
Med andra ord, 3D-objekt kastar 2D-skuggor från vilka du kan gissa formen på dessa objekt. Genom att observera några verkliga fysiska tredimensionella system kan vi förstå något om deras fyrdimensionella natur, eftersom, enligt fysiker, tredimensionella objekt kan vara skuggor av fyrdimensionella objekt som visas i lägre dimensioner. Allt detta kan leda till några nya grundläggande upptäckter inom vetenskapen.
Tack vare mycket sofistikerade beräkningar, som Nobelpriset tilldelades 2016, vet vi nu att kvant Hall-effekten indikerar att det finns en fjärde dimension i rymden. De senaste experimenten av två fysiklag, publicerade i tidskriften Nature, ger oss ett exempel på effekterna den fjärde dimensionen kan ha.
Ett europeiskt team av forskare kylde atomerna till nästan absolut noll och använde lasrar för att placera dem i ett tvådimensionellt gitter. Genom att tillämpa en kvantpump för att väcka fångade atomer har fysiker märkt små variationer i rörelse som motsvarar manifestationer av 4D-kvantehallen-effekten, vilket indikerar att denna fjärde dimension kan nås.
Kampanjvideo:
Det amerikanska fysikateamet använde också lasrar, men för att kontrollera ljuset som passerade genom glasblocket. Genom att simulera effekten av ett elektriskt fält på laddade partiklar kunde forskare också observera effekterna av 4D-kvant Hall-effekten.
Enligt forskare kompletterar båda experimenten varandra perfekt.
Naturligtvis har vi inte fysisk tillgång till denna fyrdimensionella värld (eftersom vi är fångade i tredimensionellt rymd), men forskare tror att vi genom kvantmekanik kan lära oss mer om fyrdimensionellt rymd och utöka vår begränsade kunskap om universum.
För tydlighetens skull rekommenderar vi att du tittar på videon nedan. Det visar hur en karaktär från en 2D-plattformsspelare plötsligt befinner sig i en 3D-värld. Enligt vårt perspektiv kommer det att tyckas att vi fortfarande befinner oss i en tvådimensionell värld, men när vi rör oss i den kommer vi att se några snedvridningar av rymden, eftersom den tredimensionella världen kommer att läggas på ett tvådimensionellt plan. Forskare har sett liknande snedvridningar i experimenten som beskrivs ovan. Det var de som indikerade att det finns ett fyrdimensionellt utrymme, som vi inte kan se fysiskt, men effekterna överlagras på vårt tredimensionella plan.
Trots att vi fysiskt inte kan komma in i det fyrdimensionella rymden har vi fått bevis på dess existens och en tydligare bild av hur det fungerar. Forskare vill i sin tur använda resultaten av dessa observationer för mer detaljerad analys. Vem vet, kanske under det fortsatta arbetet kommer de att kunna göra andra upptäckter.
Nikolay Khizhnyak
