В 1915 году Альберт Эйнштейн опубликовал теорию относительности, в которой говорится о пространственно-временном континууме и предполагается существование четвёртого измерения. Спустя 100 лет физики из Швейцарии, США, Германии, Италии и Израиля попытались подкрепить теорию практикой. Они провели два эксперимента, в ходе которых добились так называемого эффекта Холла. Согласно предположениям исследователей, он представляет собой не что иное, как влияние четвёртого измерения на объекты нашей Вселенной.
Поймать тень
В своём исследовании учёные отталкивались от следующей гипотезы: если трёхмерные объекты отбрасывают двухмерные тени, то трёхмерный объект можно рассматривать как «тень» четырёхмерного.
Чтобы «поймать» её, физики затормозили движение электронов в атоме (довели его структуру практически до абсолютного нуля (-273,15 °C)). Затем — уже в специальной двухмерной структуре — с помощью луча лазера в этом атоме было запущено движение электронов. В результате атомы стали сдвигаться в поперечном направлении, перемещаясь в новое измерение. Такое движение, соответствующее четырёхмерному эффекту, учёные смогли наблюдать впервые.
Во втором эксперименте физики провели лазерный луч через стеклянный блок, имитируя эффект электрического поля на заряженных частицах. Таким образом учёные смогли наблюдать эффект Холла — феномен проводимости при низких температурах в сильных магнитных полях.
«Когда было высказано предположение, что квантовый эффект Холла можно наблюдать в четырёхмерном пространстве, многие сомневались, поскольку реальный мир состоит всего из трёх пространственных измерений. Но теперь мы показали, что четырёхмерный эффект Холла можно получить с помощью фотонов — частиц света, проходящих под воздействием лазера через специально структурированную часть стекла», — рассказал автор исследования Микаэль Рехтсман.
По мнению специалистов, дальнейшие эксперименты в этой области помогут создать технологии, использующие преимущества большего количества измерений внутри привычного человеку пространства. Однако, как считает кандидат физико-математических наук Сергей Стремоухов, несмотря на впечатляющие результаты исследования, физически оказаться в четвёртом измерении человек не сможет.
«Основные взаимодействия, такие как гравитация и электромагнетизм, обладают привычными, но не ощущаемыми нами свойствами и силами, поскольку существуют в трёх измерениях. Если бы учёные увеличили число измерений, то, например, электромагнитная сила стала бы распространяться иначе, например, в новое, четвёртое измерение, а из-за этого тело человека может попросту развалиться», — отметил в беседе с RT Стремоухов.
Авторы исследования также считают, что перемещения между измерениями пока из разряда фантастики. Но удачные эксперименты могут помочь, например, в создании квазикристаллов — ещё не существующих в реальности твёрдых тел. А их, как полагают учёные, уже можно будет применить при разработке инновационных материалов для бытовых нужд, к примеру, антипригарных покрытий.
На пороге многомерности
«Представить себе четырёх- или пятимерное пространство сложно, но гипотетически в математике уже давно рассуждают и о стомерных пространствах. Учёные теоретически предсказали пространства, содержащие бесконечное количество измерений. Например, мы исследуем государства, и каждое из них обладает своей территорией, количеством городов и сёл, населением, валовым внутренним продуктом и прочими индексами. С математической точки зрения все эти цифры для каждого государства можно представить в виде одной точки в пространстве очень высокой размерности», — рассказал Стремоухов.
О существовании новых измерений говорится не только в общей теории относительности. Так, в теории суперструн рассматривается 10 пространственных независимых направлений.
Физики из Института Макса Планка считают, что другие измерения могут скрываться в гравитационных волнах — космических возмущениях пространства-времени.
Эксперты полагают, что другие измерения могут влиять на гравитационные волны двумя способами: менять обычные гравитационные волны и вызывать «лишние волны» на частотах выше 1000 Гц. Однако наблюдать «лишние волны» пока невозможно, поскольку существующие наземные детекторы недостаточно чувствительны к столь высоким частотам.
Тем не менее, эффект «лишних волн» можно обнаружить там, где обычные гравитационные волны сжимают и растягивают пространство-время. Для этой цели в следующем цикле исследований, запланированных на осень 2018 года, учёные задействуют несколько детекторов гравитационных волн Virgo и Ligo. Есть вероятность, что теорию существования других измерений подтвердят или опровергнут уже в следующем году.