¿Cómo es el mundo bidimensional?
¿Cómo es el mundo bidimensional? En "El problema de los tres cuerpos" hay un ataque de Singer Civilization llamado reducción de dimensionalidad. La lámina bidireccional utilizada por la Civilización Singer puede reducir el espacio cercano de tres dimensiones a dos dimensiones. El mundo bidimensional absoluto significa que el espacio tridimensional se vuelve cero en una dirección. Entonces, ¿cómo es el mundo bidimensional?
¿Cómo es el mundo bidimensional? 1La principal característica de la materia es que tiene un estado de fase fija. ¿Qué es la fase? Por ejemplo, además de los tres estados gaseoso, líquido y sólido que habitualmente conocemos, existen muchas otras fases, como cristales líquidos y plasmas. De hecho, fase son dos palabras que generalmente se pueden usar indistintamente. Fase, llamada fase en inglés, es la misma palabra que etapa de ensayo clínico de un fármaco y etapa del ciclo de división celular. Estado, llamado estado en inglés, es la misma palabra para todos los estados de Estados Unidos. ¿Cuándo no podemos mezclar las cosas? Muchas sustancias pueden tener muchas fases en un estado, pero todo el mundo las ignora porque no son comunes. Por ejemplo, el hielo tiene más de diez fases, las más comunes son los cristales de hielo hexagonales, y los copos de nieve son el mejor ejemplo. Muchas veces, los copos de nieve que vemos tienen una estructura simétrica hexagonal tras el aumento.
En diferentes entornos, la disposición y estructura de los átomos pueden cambiar, y la fase también puede cambiar. Este cambio se llama cambio de fase. Por ejemplo, de la fase líquida a la fase sólida, la disposición atómica cambia significativamente. La disposición atómica en la fase líquida es irregular, mientras que la fase sólida generalmente se obtiene por enfriamiento, pero la disposición cristalina es regular. Pasar de una fase sólida a otra requiere otros tratamientos especiales, y los átomos están dispuestos de manera diferente en las distintas fases sólidas. Hay hexágonos, cuadriláteros y rombos. Entonces, la diferencia de fase se refiere principalmente a la diferencia en la disposición de los átomos. La disposición de los átomos en los sólidos es ordenada. Los sólidos en el mundo tridimensional tienen un orden de largo alcance. En el mundo bidimensional no existen programas sólidos y largos [1]. Esto es muy especial, por eso mucha gente comenzó a estudiar cómo los sólidos bidimensionales se convierten en líquidos (porque no existe un proceso largo entre sólidos y líquidos). Como resultado, en la década de 1970 surgieron un gran número de físicos destacados, entre ellos Kosterlitz y Solís, ganadores del Premio Nobel de Física de 2016. Describieron la transición de fase sólido-líquido en un estado bidimensional a través de una teoría basada en la pérdida topológica, y luego formaron un conjunto de teorías KTHNY a través de una serie de suplementos (no crean que NY es una tienda de ropa, NY es Nelson y Young, no Nueva York). Esta teoría describe la transición de fase bidimensional sólido-líquido de la siguiente manera: en el estado bidimensional, el líquido primero cambia a la fase hexagonal y luego la fase hexagonal cambia a la fase líquida. Estos dos procesos son continuos [2].
Continuidad y fase hexagonal en transición de fase bidimensional
Esta teoría es muy impactante porque es muy diferente de la situación tridimensional. Por ejemplo, en el espacio tridimensional, si saco un trozo de hielo del frigorífico y lo coloco a temperatura ambiente, se convertirá en agua a unos 0 grados. Este proceso se llama fusión. Este proceso cambia con el tiempo, pero la temperatura no. Si observamos este fenómeno con la temperatura como variable y la densidad como función, entonces el proceso de cambio de fase ocurre a una temperatura constante. En un gráfico, si el eje vertical es la densidad y el eje horizontal es la temperatura, entonces el proceso de fusión es como una función escalonada. Por supuesto, la densidad cambia de 0,9 para el hielo a 1 para el agua. Pero este proceso es diferente en dos dimensiones. En dos dimensiones, este proceso es continuo. En el espacio bidimensional, el hielo se convierte lentamente en una fase hexagonal y luego lentamente en agua. La temperatura de este proceso cambia constantemente, es decir, dentro de un cierto rango de temperatura, los estados de fase del sólido y del líquido son muy borrosos. Imagínese que en un espacio bidimensional, su sangre de repente no sabe si es líquida o sólida, si fluye o no. ¿Estás entrando en pánico?
De hecho, esta teoría es controvertida. Muchos científicos dicen que la situación descrita por la teoría KTHNY no existe en el sistema atómico en el que vivimos, lo que significa que los estados de fase y las transiciones de fase en el espacio bidimensional siguen siendo los mismos que en el espacio tridimensional. Esta conjetura también se ha confirmado en algunos experimentos [3][4], pero los átomos en estos experimentos son en realidad tridimensionales y sólo se limitan a actividades espaciales bidimensionales. Aun así, la interacción entre los átomos se verá afectada, porque los puntos de transición de fase (como el punto de fusión y el punto de ebullición) de materiales en diferentes dimensiones son completamente diferentes, por lo que los cambios en las dimensiones definitivamente afectarán instantáneamente el estado de fase del material. Independientemente de si este ataque de reducción de dimensionalidad restringe todas las partículas básicas a actividades bidimensionales o reduce la dimensionalidad de todas las partículas básicas, las consecuencias conducirán al caos de la materia y la destrucción de la civilización.
¿Cómo es el mundo bidimensional? 2. ¿Cómo es el mundo bidimensional? ¿Qué significa el golpe de reducción de dimensiones de tres cuerpos?
Andre Heim de la Universidad de Manchester en el Reino Unido dijo: "Dos dimensiones son lo mejor". Una dimensión es demasiado simple para satisfacer; tres dimensiones son demasiado complejas y confusas. ”es perfecto y tiene la cantidad justa de espacio para permitir que surjan cosas interesantes y útiles. "Como físico, uno querría vivir en esta dimensión", afirmó Heim. El equipo de Heim creó grafeno, el primer material bidimensional, en 2004. Esta lámina de carbono bidimensional, que tiene solo un átomo de carbono de espesor, permite que los electrones se transporten casi sin obstáculos, por lo que este material tiene grandes perspectivas de aplicación. Si los cables de las computadoras del futuro están hechos de nanotubos, el grafeno será un material ideal para fabricar placas de circuitos.
El mundo bidimensional tiene muchas comodidades. Hace tiempo que sabemos que los superconductores existen a alrededor de -143°C, pero no se sabe mucho sobre sus mecanismos físicos.
Ahora, en los últimos 20 años, hemos avanzado hasta el punto en que sabemos que la superconductividad puede ser causada por "franjas bidimensionales" formadas por la interacción de cargas. Estudiar el mundo bidimensional detrás de la superconductividad puede ayudarnos a avanzar en la investigación sobre superconductores a temperatura ambiente.
El plano bidimensional es a la vez realista y profundo. Cuando los electrones están confinados por fuertes campos magnéticos en materiales semiconductores en capas bidimensionales con temperaturas inferiores a 0,33 K, los electrones, que durante mucho tiempo se creyeron esencialmente indivisibles, parecen dividirse en partículas con cargas fraccionarias. Este fenómeno se llama efecto Hall cuántico fraccionario y las partículas producidas se denominan anyons.
Cualquier átomo no sólo nos impulsa a repensar la naturaleza de los electrones, sino que también nos da la esperanza de construir una computadora supercuántica. Este tipo de máquina puede simular fielmente el comportamiento de subsistemas. Si se puede utilizar a gran escala, el proceso de procesamiento de información marcará el comienzo de otra revolución. En resumen, existe un camino hacia el futuro para casi todo, desde el desarrollo de nuevos fármacos hasta universos paralelos en un plano bidimensional.
Tres dimensiones: ¿Yo soy, entonces soy?
La llanura bidimensional y el hiperespacio multidimensional se han convertido en asombrosos casinos que dejan volar la imaginación, pero nuestros cuerpos parecen estar atrapados en el espacio tridimensional. ¿Por qué no vivimos en dos, cuatro, cinco o más dimensiones? Esta vieja pregunta ha vuelto a surgir recientemente cuando los físicos intentan combinar la relatividad y la teoría cuántica para explicar la naturaleza del espacio-tiempo.
Como camino hacia la verdad de la gravedad cuántica, la teoría de cuerdas da una respuesta vaga e insatisfactoria: el espacio de cero a diez dimensiones es posible. Esto obliga a los físicos teóricos a recurrir al principio antrópico. Según el principio antrópico, podemos pensar que puede haber universos en varias dimensiones. Debido a que sólo podemos existir en un espacio tridimensional, sólo podemos ver el mundo tridimensional. Si no existiéramos, esta observación no sería posible.
En 2005, Andreas Cage de la Universidad de Washington en Seattle y Lisa Randall de la Universidad de Harvard propusieron una explicación basada en los principios de la física. Construyeron un modelo teórico basado en el espacio-tiempo de diez dimensiones más aceptado en la teoría de cuerdas. Según esta teoría, en este hiperespacio que se expande con el tiempo, hay universos de diversas dimensiones flotando, chocando constantemente entre sí y aniquilándose entre sí. En este proceso, los universos de tres y siete dimensiones tienen más probabilidades de sobrevivir. Este modelo teórico casi ha dado la respuesta a la pregunta de por qué nos atrae tanto el mundo tridimensional, excepto por una última pregunta: ¿Por qué no un mundo espacioso de siete dimensiones, sino un mundo tridimensional estrecho?
Un trabajo reciente de un equipo de investigación europeo explica este problema. Creen que el espacio-tiempo no es un todo unificado, sino elementos infinitamente pequeños compuestos de muchos fragmentos diminutos. Dividieron el espacio-tiempo en algunos simples simples (también llamados simples), que se conectaron entre sí de diferentes maneras para formar todo el espacio-tiempo completo. El simplex es el poliedro más simple del espacio y es una extensión natural del concepto de triángulo en geometría plana en un espacio de alta dimensión. Según la teoría cuántica, la verdadera forma del universo debería ser la superposición de las probabilidades de todos los modos de existencia. Según los cálculos, si este modelo de universo satisface estrictamente todas las relaciones causales, entonces su tiempo es unidimensional, mientras que el espacio es exactamente tridimensional.
Basándonos en esta investigación, podemos sacar una conclusión: hay un punto de inflexión en las dimensiones del tiempo y el espacio, en el que un espacio-tiempo de cuatro dimensiones se convertirá en dos dimensiones. Quizás, si miras con suficiente atención y ves una escala muy pequeña, descubrirás que todavía vivimos en un mundo bidimensional.
¿Cómo se ven los átomos en el mundo bidimensional?
Un mundo absolutamente bidimensional significa que el espacio tridimensional se vuelve cero en una dirección. Como criaturas que vivimos en un mundo tridimensional, nos resulta difícil imaginar las leyes físicas y las partículas elementales del mundo bidimensional. Es necesario reescribir muchas leyes de conservación en nuestro mundo tridimensional, como la conservación de la carga. En el mundo bidimensional, el campo eléctrico generado por la carga no es una función exponencial cuadrática de la distancia. El campo potencial de la carga puntual se convertirá en ln, por lo que la órbita de los electrones alrededor de los átomos en el mundo bidimensional es. diferente al del mundo tridimensional.
Del mismo modo, también es necesario reescribir el campo gravitatorio del mundo bidimensional. El movimiento de los planetas en el mundo bidimensional satisface diferentes leyes de movimiento. La novela de ciencia ficción "El problema de los tres cuerpos" menciona el concepto de ataque de reducción de dimensionalidad. En mi opinión, las partículas básicas y sus leyes de movimiento en condiciones de reducción de dimensionalidad son muy diferentes. No es fácil para los organismos en el mundo de alta dimensión adaptarse, por lo que debemos estar seguros.
El ataque de reducción de dimensionalidad, como su nombre indica, primero debe reducir la dimensionalidad. Por ejemplo, si un objeto tridimensional está en un espacio bidimensional, la fórmula de interacción entre las partículas microscópicas del objeto cambiará. Las moléculas del objeto no podrán mantener el estado estable actual y lo más probable es que lo hagan. desintegrarse, lo que lleva a la destrucción del objeto mismo. El ataque de reducción de dimensionalidad consiste en reducir la dimensión espacial del objetivo en sí para que el objetivo no pueda sobrevivir en el espacio de baja dimensión y destruirlo.
Según las leyes físicas de nuestro mundo tridimensional, muchos sistemas bidimensionales no existirán. Un ejemplo es si los átomos dispuestos en dos dimensiones pueden formar estructuras reticulares periódicas. Según la ley de Mermin-Wagner, en un sistema bidimensional por encima del cero absoluto, las fluctuaciones térmicas de largo alcance destruirán todos los programas a largo plazo.