Wat is (3-1)-dimensie? Kunnen er ook andere dimensies worden 'gemaakt'?

anneleen, 14 jaar
21 november 2011

Ik heb ergens iets gelezen over (3-1) dimensie, die wij kennen (er moest denk ik nog een woordje bij, een moeilijke naam...). Ik las ook dat er in metamaterialen (2-1)-dimensies kunnen worden gemaakt, die zich gedragen zoals ons heelal... hoe maken ze dat? en wat is het juist?

Antwoord

Beste Anneleen,


Dit is best wel een ingewikkelde vraag, maar ik zal mijn best doen om je dit zo eenvoudig mogelijk uit te leggen. 

Het is namelijk zo dat Albert Einstein in zijn veralgemeende theorie van de zwaartekracht (de algemene relativiteit) de begrippen ruimte en tijd op een onlosmakelijke manier met elkaar verbond. Hij combineerde deze fundamentele begrippen in het nieuwe concept van "een ruimtetijd". Dit is een abstract wiskundig model dat de achtergrond vastlegt waarop  de gebeurtenissen in ons universum afspelen. Een belangrijk concept hierbij is de maat voor de afstand tussen twee punten (gebeurtenissen) in de ruimtetijd. Hiervoor definieert men de zogenaamde metriek (dS2). In een vlakke ruimte, in de afwezigheid van grote massa's of energie, wordt deze in goede benadering gegeven door:
dS2=-c2dt2+dx2+dy2+dz2.

Je merkt dat een tijdsinterval (dt) een negatieve bijdrage levert tot de metriek en de ruimtelijke intervallen (dx, dy en dz) een positieve. Dit is een fundamenteel verschil tussen de ruimtelijke coördinaten en de tijdscoördinaat. De metriek die hierboven staat beschreven, heeft 3 ruimtelijke coördinaten en 1 tijdscoördinaat en men spreekt daarom over een ruimtetijd met een (3,1)-signatuur. In de aanwezigheid van grote massa's zal, volgens de algemene relativiteitstheorie, de ruimtetijd gekromd worden en zal de metriek aangepast worden.

Het vervolg van je vraag handelt over metamaterialen en de zogenaamde transformatieoptica. Enkele jaren geleden heeft men immers ontdekt dat de voortplanting van licht doorheen zo een willekeurige metriek volledig equivalent is aan de voortplanting van licht doorheen materialen met exotische optische eigenschappen. Die materialen komen niet in de natuur voor en worden op nanoschaal door wetenschappers gemaakt. Men noemt dit metamaterialen. En het is inderdaad zo dat men onlangs driedimensionale metamaterialen heeft gemaakt die een metriek nabootsen met een (2,1)-signatuur. Met andere woorden, een materiaal waarvan 1 richting door het licht wordt gepercipieerd als een tijdscoördinaat en de twee andere richtingen als ruimtelijke coördinaten.

Deze techniek (de transformatieoptica) waarbij eigenschappen van het universum nagebootst worden in een metamateriaal heeft gevolgen voor zowel de fundamentele als de toegepaste fysica. Op fundamenteel niveau stelt ze ons in staat om de moeilijk besturdeerbare interactie van licht met zwarte gaten in een laboratorium te observeren. Voor de toegepaste fysica levert de transformatieoptica een recept om optische componenten te ontwerpen die bijzondere functionaliteiten vertonen gebaseerd op effecten die we in het universum waarnemen.

Ik hoop dat hiermee je vraag zo goed mogelijk beantwoord werd.

beste groeten,

Vincent

Reacties op dit antwoord

Er zijn nog geen reacties op deze vraag.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Zoek andere vragen

© 2008-2023
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door EOS vzw