شنبه 28 مهر 1397
دوشنبه 18 دی 1396 - 22:44:07 چاپ

دستاوردی بزرگ‌تر از کشف بوزون هیگز و امواج گرانشی: کشف شواهد وجود بعد چهارم (4D)

دانشمندان موفق شدند در دستاوردی غیرمنتظره از بعد فضایی چهارم عکس‌برداری کنند

دانش > دانش‌های بنیادی - دانشمندان آمریکایی و اروپایی موفق شده‌اند در دستاوردی غیرمنتظره، از بعد فضایی چهارم عکس‌برداری کنند. این مهم بر پایه مدل‌های توپولوژیک مواد ابررسانا به دست آمده است که جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۶ (۱۳۹۵) را از آن خود کرد.

به گزارش خبرآنلاین، از زمانی که «آلبرت اینشتین» نظریه نسبیت خاص خود را در سال ۱۹۰۵ (۱۲۸۴) ارائه کرد، مردم و دانشمندان «زمان» را به عنوان بعد چهارم در نظر می‌گرفته‌اند؛ اما اکنون دو گروه پژوهشی در ایالات‌متحده و اروپا توانسته‌اند به شواهدی از وجود چهارمین بعد فضایی دست یابند.

میکائیل رشتسمن (Mikael Rechtsman)، فیزیک‌دان دانشگاه ایالتی پن در ایالات‌متحده می‌گوید: «ما هنوز سیستم ۴‌بعدی فضایی نداریم، اما می‌توانیم با استفاده از سیستم سه‌بعدی فعلی (دنیایی که ادراک می‌کنیم) به فیزیک ۴‌بعدی هال کوانتومی (quantum Hall effect) دسترسی پیدا کنیم؛ زیرا ابعاد بالاتر به نحوی در این ساختار پیچیده رمزگذاری شده‌اند.»

رشتسمن ادامه می‌دهد: «شاید بتوانیم با ادامه این تحقیقات به فیزیک ابعاد بالاتر دست یابیم و بر اساس آن، ابزارهایی را طراحی کنیم که در ابعاد پایین‌تر از فیزیک ابعاد بالاتر بهره ببرند».

برای آن‌که به شهود بهتری از آزمایش پژوهشگران دست پیدا کنید، به این نکته توجه کنید: اجسام ۳‌بعدی سایه‌های ۲‌بعدی ایجاد می‌کنند؛ بنابراین می‌توان انتظار داشت که اجرام ۴‌بعدی سایه‌های ۳‌بعدی ایجاد کنند. به این روش حتی اگر جسم ۴‌بعدی ادراک‌ناپذیر باشد، می‌توان از روی سایه‌اش به وجود آن پی برد.

اثر هال کوانتومی چیست؟

پژوهشگران برای یافتن بعد چهارم، آزمایش‌های دوبعدی حیرت‌انگیزی بر اساس پدیده هال کوانتومی ترتیب دادند. پدیده هال کوانتومی حرکت الکترون‌ها را محدود می‌کند و به پژوهشگران امکان می‌دهد تا این ذرات را بسنجند و بررسی کنند.

تاکنون سه جایزه نوبل فیزیک برای پژوهش‌های نظری و عملی در مورد پدیده هال کوانتومی اهدا شده است که آخرین آن‌ها، جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۱۶ (۱۳۹۵) بود. برندگان نوبل فیزیک سال گذشته با استفاده از مدل‌های توپولوژیک توانستند ویژگی‌های این پدیده را به خوبی توصیف کنند.

اثر هال کوانتومی معمولا در مرز بین دو ماده اتفاق می‌افتد، جایی که الکترون‌ها می‌توانند فقط در ۲بعد حرکت کنند. وقتی میدان مغناطیسی در زاویه ۹۰ درجه نسبت به صفحه ۲‌بعدی حرکت الکترون‌ها اعمال می‌شود، رفتار الکترون‌ها و شارش آن‌ها را تغییر می‌دهد. با کاهش دما و تغییر ولتاژ در آن محیط می‌توان تغییرات بیشتری در رفتار الکترون‌ها ایجاد کرد.

نکته مهم آنجاست که هرچه ولتاژ و شدت میدان مغناطیسی بیشتر شود، نقش مکانیک کوانتومی در تعیین رفتار الکترون‌ها اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. میدان مغناطیسی، نیرویی عمود بر جهت حرکت الکترون‌ها ایجاد می‌کند -نیروی لورنتز- که جداسازی الکترون‌ها را به همراه دارد؛ اما در شرایط دمایی نزدیک به صفر کلوین (حدود ۲۷۳ درجه سانتی‌گراد زیر صفر) و تحت میدان‌های مغناطیسی فوق‌العاده شدید، اثراتی کوانتومی پدیدار می‌شوند که سبب می‌شوند ولتاژ نه به‌طور پیوسته که با الگویی گسسته و پله‌پله (کوانتومی) افزایش پیدا کند.

پژوهشگران چه کرده‌اند؟

پژوهشگران اروپایی در آزمایش خود، اتم‌ها را تا نزدیکی صفر مطلق (۲۷۳- درجه سانتی‌گراد) سرد کردند و سپس، آن‌ها را درون شبکه‌ای ۲‌بعدی قرار دادند که با استفاده از لیزر ایجاد شده بود. با استفاده از پرتو لیزر سوم، پژوهشگران اتم‌ها را برانگیختند و آن‌ها را مجبور به حرکت کردند.

پژوهشگران آمریکایی اما از روش دیگری استفاده کردند. آن‌ها پرتو لیزر را درون قطعه‌ای شیشه‌ای تاباندند تا اثر مشابه تأثیر میدان الکتریکی بر ذرات باردار را شبیه‌سازی کنند.

مایکل لوهسه (Michael Lohse) فیزیک‌دان دانشگاه لودویگ-ماکسیمیلیان در آلمان و یکی از اعضای تیم اروپایی می‌گوید: «فکر می‌کنم که این دو آزمایش به شکل زیبایی یکدیگر را تکمیل کرده‌اند».

مکانیک کوانتومی و توپولوژی

اثر هال کوانتمی را می‌توان به شکل پدیده‌ای توپولوژیک توصیف کرد. توپولوژی، شاخه‌ای نسبتا نوین از ریاضیات است و به توصیف رویه سطحی اجسام و ویژگی‌هایی می‌پردازد که وقتی آن‌ها را تحت کشش قرار می‌دهیم، می‌پیچانیم یا شکلشان را عوض می‌کنیم،‌ تغییر نمی‌کنند. اجسام توپولوژیک می‌توانند یک حفره داشته باشند، یا دو حفره، یا سه حفره یا ...، اما تعداد حفره‌ها همیشه عددی صحیح (غیر کسری) است.

دستاوردی بزرگ‌تر از کشف بوزون هیگز و امواج گرانشی: عکس‌برداری از بعد چهارم (4D)

توضیح عکس: بطری کلاین، رویه داخلی و خارجی ندارد و با ترکیب n نمونه از آن‌ها می‌توان بطریی جدیدی با n حفره ایجاد کرد. بطری کلاین یکی از زیباترین موجودات توپولوژیک به شمار می‌رود.

قوانین توپولوژیک در اثر هال کوانتومی نیز حاکمند و سبب می‌شوند الکترون‌ها فقط بتوانند در مسیرهایی حرکت کنند که از نظر توپولوژیک خوش‌تعریف باشند. نزدیک به ۲۰ سال پیش، گروهی از پژوهشگران به شکل نظری نشان دادند که اثرات توپولوژیک قابل‌مقایسه‌ای می‌بایست در ابعاد فضایی چهارتایی نیز اتفاق بیفتد.

«اودد زیلبربرگ» (Oded Zilberberg)، استاد انستیتو فیزیک نظری می‌گوید: «در آن زمان، این پیشنهاد را ایده‌ای علمی‌تخیلی می‌پنداشتند؛ اما امروز در آزمایش‌هایمان توانسته‌ایم آن را ببینیم.»

کاربردهای عملی

این دستاورد به آن معنی است که فیزیک‌دانان می‌توانند به شکل عملی، پدیده‌هایی را که در بعد چهارم یا ابعاد بالاتر اتفاق می‌افتند، به شکل عملی در دنیای ۳‌بعدی خودمان بررسی کنند. شبه‌بلورهای موجود در آلیاژهای فلزی، نمونه‌ای از این پژوهش‌هاست که در فضای ۳‌بعدی، الگوهای منظمی را به نمایش می‌گذارند.

زیلبربرگ اما توجه ما را به این نکته جلب می‌کند: «نباید فراموش کرد که راهی طولانی در پیش است تا بتوانیم از این آزمایش‌های اولیه به کاربردهای مفید برسیم.»

منبع: اکسپرس

۵۴۵۴

کلید واژه‌ها : جایزه نوبل - ابررسانای گرم - فیزیک -
19 دیدگاه
  • درایور
    سه شنبه 19 دی 1396 - 00:01:57
    پاسخ
    40 46

    شرط میبندم خود کسیکه مقاله رو اینجا گذاشته هیچی از خود مقاله نفهمیده...

  • بی نام
    سه شنبه 19 دی 1396 - 00:59:12
    پاسخ
    22 2

    اصلا نفهمیدم چی شد

  • بی نام
    سه شنبه 19 دی 1396 - 05:34:29
    پاسخ
    16 1

    واووووووووو..... کف کردم. نوبل پارسال خیلی خفن بود. این از اون هم خفن‌تر

  • بی نام
    سه شنبه 19 دی 1396 - 06:35:57
    پاسخ
    81 4

    از اون روزی بترس که بفهمی تو سایه سه بعدی یک جسم چهاربعدی بودی و فکر میکردی برای خودت کسی هستی ...

    • بی نام
      سه شنبه 19 دی 1396 - 07:07:07
      16 1

      عالی بود

    • بی نام
      سه شنبه 19 دی 1396 - 07:11:29
      16 2

      چه تحلیل جالبی :

    • بی نام
      سه شنبه 19 دی 1396 - 08:22:55
      8 21

      این جهان و هر چه در آن هست تصویری سه بعدی از عظمت خدا ست.

    • بی نام
      سه شنبه 19 دی 1396 - 08:34:45
      18 1

      معلومه اينكاره‌اي و از دور دستي بر آتش داري. خوشم اومد

    • محمدرضا
      سه شنبه 19 دی 1396 - 09:39:21
      10 1

      فهمیدن ترس نداره که.نفهمیدن ترسناکه.

    • بی نام
      سه شنبه 19 دی 1396 - 10:33:32
      9 0

      تو خودت اون موجود ۴بعدی هستی خوشبختم از اشناییت

  • مهدی
    سه شنبه 19 دی 1396 - 08:02:48
    پاسخ
    16 46

    بنابر تفاسیر قران کریم عالم 9 بعد داره وما هنوز چهارمیشو پیداکردیم بعد ادعامون میشه.....

    • بی نام
      سه شنبه 19 دی 1396 - 08:39:16
      27 0

      کاش سوره و آیه رو نام میبردید

    • بی نام
      سه شنبه 19 دی 1396 - 09:56:23
      15 0

      لطفا ماخذش رو ذکر کنید ما هم مستفیض بشیم

    • مهدی
      چهارشنبه 20 دی 1396 - 09:00:17
      11 5

      زمان دوبعد داره و عالم 7 تا که با هم میشه 9 تا ودرقران بطور لفظی از هفت آسمان اسم برده شده و.....

  • بی نام
    سه شنبه 19 دی 1396 - 10:40:43
    پاسخ
    26 1

    اینجا ما در حال کشف بعد چهارم فیلترینگ هستیم امیدوارم ابعاد دیگری نداشته باشه به همینجا ختم بشه به قول یکی از دوستان ما شپش افتاده توی لباسمون تو در مورد دیمانسیون شتاب حرف میزنی؟

  • مهدی
    چهارشنبه 20 دی 1396 - 09:04:34
    پاسخ
    10 6

    پس مفهوم آسمان‌هاي هفتگانه در قرآن، شايد بيانگر ابعاد بالاتر در جهان هستي است. توجه كنيد كه مفهوم 7 در قرآن، كنايه از كثرت است و نه عدد هفتي كه بعد از عدد شش مي‌آيد

    • بی نام
      یکشنبه 24 دی 1396 - 20:47:54
      2 1

      هیچ جای قرآن آسمان هفتگانه نیاده تنها به آسمان ها اشاره شده، این عدد هفت را از کجا آوردید؟

    • دانشجو
      چهارشنبه 27 دی 1396 - 00:23:21
      1 2

      در قرآن کریم لفظ آسمانهای هفتگانه آمده است: قُلْ مَن رَّبُّ السَّمَاوَاتِ السَّبْعِ وَرَبُّ الْعَرْشِ الْعَظِيمِ ﴿المؤمنون ٨٦﴾ أَلَمْ تَرَوْا كَيْفَ خَلَقَ اللَّهُ سَبْعَ سَمَاوَاتٍ طِبَاقًا ﴿نوح ١٥﴾ الَّذِي خَلَقَ سَبْعَ سَمَاوَاتٍ طِبَاقًا مَّا تَرَىٰ فِي خَلْقِ الرَّحْمَٰنِ مِن تَفَاوُتٍ فَارْجِعِ الْبَصَرَ هَلْ تَرَىٰ مِن فُطُورٍ ﴿الملك 3

  • مهدی
    چهارشنبه 20 دی 1396 - 09:07:03
    پاسخ
    4 5

    این مقاله رو تو اینترننت سرچ کنید :جهان دو بعدي در فضاي سه بعدي سه بتوان دومیشه نه

ارسال دیدگاه

قوانین ارسال نظر
  • خبرآنلاین نظراتی را که حاوی توهین یا افترا است، منتشر نمی‌کند
  • لطفا از نوشتن نظرات خود به صورت حروف لاتین (فینگلیش) خودداری کنید
  • اگرچه تلاش می‌شود نظرات ظرف 2ساعت تعیین تکلیف شوند اما نظراتی که پس از ساعت 19 نوشته شود حداکثر تا 9 صبح روز بعد منتشر می‌شوند
  • با توجه به آن که امکان موافقت یا مخالفت با محتوای نظرات وجود دارد، معمولا نظراتی که محتوای مشابه دارند، انتشار نمی‌یابند بنابراین توصيه مي‌شود از مثبت و منفی استفاده کنید.

0/700

پربیننده‌ترین