Des indices de la 4e dimension ont été détectés par des physiciens

Que serait l’expérience de la 4e dimension ?

Les physiciens ont compris, au moins théoriquement, qu’il peut y avoir des dimensions supérieures, en plus de nos trois dimensions habituelles. Le premier indice est apparu en 1905, quand Einstein a développé sa théorie de la relativité restreinte. Bien sûr, par dimensions, nous entendons la longueur, la largeur et la hauteur. En général, quand on parle d’une quatrième dimension, on la considère comme espace-temps. Mais ici, les physiciens parlent d’une dimension spatiale au-delà des trois dimensions normales, et non d’un univers parallèle, comme on le confond avec les émissions de science-fiction populaires.

Même s’il existe d’autres dimensions quelque part dans notre univers ou dans d’autres, si nous nous rendons dans un lieu qui les inclut, les scientifiques ne sont pas sûrs que nous puissions les découvrir. Notre cerveau en est peut-être incapable. Mathématiquement, nous pouvons décrire la 4e dimension, mais il se peut que nous n’en fassions jamais l’expérience dans le domaine physique.

Cela ne nous empêche pas de chercher des preuves de l’existence de dimensions supérieures. Un modèle qui nous aide à la concevoir plus facilement et à mieux la comprendre est un tesseract ou un hypercube. Il s’agit d’un cube dans un cube. Bien que ce soit une métaphore utile, elle n’existe pas dans le monde réel. Alors comment les scientifiques pourraient-ils réellement détecter la 4e dimension ? Deux équipes de recherche distinctes, l’une aux États-Unis et l’autre en Europe, ont réalisé des expériences doubles, pour y parvenir.

Il s’agissait dans les deux cas d’expériences en 2D qui laissaient entrevoir un monde en 4D, en utilisant un phénomène connu sous le nom d’effet Hall quantique entier.

Vous trouverez ici une bonne explication de l’effet Hall et de l’effet Hall quantique :

Le résultat de l’effet Hall est que les électrons se retrouvent coincés dans un système 2D. Ils ne peuvent alors se déplacer que dans deux directions. L’effet Hall quantique se produit au niveau quantique, soit lorsque le matériau est à très basse température, soit lorsqu’il est soumis à un très fort champ magnétique. Ici, une chose supplémentaire se produit. La tension n’augmente pas normalement, mais elle monte par paliers. En limitant les électrons grâce à l’effet Hall quantique, vous pouvez également les mesurer.

Suivez les calculs et vous vous rendrez compte que l’effet Hall quantique est également détectable dans un système 4D. Le professeur Mikael Rechtsman de la Penn State University faisait partie de l’équipe américaine. Il a dit à Gizmodo : « Physiquement, nous n’avons pas de système spatial 4D, mais nous pouvons accéder à la physique 4D de Hall quantique en utilisant ce système à plus faible dimension parce que le système à plus haute dimension est codé dans la complexité de la structure. »

En tant qu’objets 3D, nous projetons nous-mêmes une ombre en 2D. Un objet 4D doit donc produire une ombre 3D. Nous pouvons apprendre quelque chose sur un objet 3D en étudiant son ombre. Il va donc de soi que nous pourrions également acquérir des connaissances sur un objet 4D grâce à son ombre 3D. Les deux équipes qui ont participé à ces expériences ont fait quelque chose de ce genre. Elles ont utilisé des lasers pour apercevoir la 4e dimension. Les résultats de chaque expérience ont été publiés dans deux rapports, tous deux dans la revue Nature.

Dans l’expérience européenne, les scientifiques ont pris l’élément rubidium et l’ont refroidi jusqu’au zéro absolu. Puis, ils y ont piégé des atomes dans un réseau de lasers, créant ainsi ce que les chercheurs décrivent comme « un cristal de lumière semblable à une boîte à œufs ». Ensuite, ils ont introduit d’autres lasers pour exciter les atomes, créant ce que l’on appelle une « pompe de charge » quantique. Bien que les atomes eux-mêmes n’aient pas de charge, ils simulent ici le transport de charges électriques. De subtiles variations dans les mouvements des atomes coïncidaient avec la façon dont l’effet Hall quantique se produirait dans la 4ème dimension.

Pour entendre une explication de la 4ème dimension à l’aide d’un jeu vidéo, cliquez ici :

Dans l’expérience américaine, le verre a été utilisé pour contrôler le flux de lumière laser dans le système. Il s’agissait essentiellement d’un prisme rectangulaire en verre avec une série de canaux à l’intérieur, qui ressemblait à un certain nombre de câbles de fibres optiques collés à l’intérieur, courant sur toute la longueur de la boîte et se terminant aux deux extrémités. Les chercheurs ont pu manipuler la lumière en utilisant ces canaux comme guides d’ondes, afin de la faire agir comme un champ électrique. Lorsque la lumière sautait des bords opposés dans les coins, les chercheurs savaient qu’ils avaient observé l’effet Hall quantique, tel qu’il se produirait dans un système 4D.

Les scientifiques de l’ETH Zürich, une université suisse, ont mené l’expérience européenne. Le chercheur Oded Zilberberg en faisait partie. Il a déclaré qu’avant ces expériences, l’observation d’actions se produisant dans la 4ème dimension ressemblait davantage à de la science-fiction.

« En ce moment, ces expériences sont encore loin de toute application utile », a-t-il déclaré. Pourtant, la physique dans la 4ème dimension pourrait influencer notre monde en 3D. En ce qui concerne les applications, M. Rechtsman a déclaré : « Peut-être que nous pouvons inventer une nouvelle physique dans la dimension supérieure, puis concevoir des dispositifs qui tirent parti de la physique de la dimension supérieure dans les dimensions inférieures. »

Dans ces expériences, les photons et les électrons n’ont pas interagi. Dans la prochaine, les scientifiques pensent qu’il pourrait être intéressant de voir ce qui se passe quand ils le font. M. Rechtsman affirme que nous pourrions mieux comprendre les phases de la matière en étudiant la 4e dimension. Supposons que nous la saisissions bien, est-ce la fin ? Certainement pas. Les physiciens théoriciens pensent qu’il pourrait y avoir jusqu’à 11 dimensions.

Pour en savoir plus sur la 4ème dimension en écoutant Carl Sagan lui-même, cliquez ici :

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Source : Big Think – Traduit par Anguille sous roche