當我們提及宇宙四維時(shí)空的時(shí)候，我們指的是三個(gè)空間維度外加一個(gè)時(shí)間維度，但是現在有兩組科學(xué)家發(fā)現了具有四個(gè)維度的物理空間，它超出了我們所能理解的前后左右上下這些空間方位的限制。
因為看起來(lái)違反了通常的物理學(xué)認知，讀者也能猜到，這里所涉及實(shí)驗的理論根基是極度抽象和非常復雜的，并少不了我們的老朋友量子力學(xué)。
通過(guò)組合兩個(gè)特別設計的二維實(shí)驗裝置，歐洲和美國的科學(xué)家分別獨立地借助能以一定方式限制和測量電子行為的量子霍爾效應，對那神秘的維度浮光掠影這么一瞥。
“現實(shí)的物理世界中沒(méi)有四維的對象，但是我們可以使用低維系統來(lái)演示四維世界中的量子霍爾效應，因為高維系統的信息被編碼在結構的復雜性中?！泵绹e夕法尼亞州立大學(xué)的研究人Mikael Rechtsman在接受科技媒體采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)?！耙苍S我們可以在更高的維度上發(fā)展出全新的物理學(xué)，然后在低維世界里利用高維物理學(xué)理論設計出全新的儀器?！?/p>
或許可以按下面的方式理解，電視屏幕顯然是二維的，但是我們可以從中看到三維的世界，甚至當拍攝視角運動(dòng)的時(shí)候，我們能夠完整地知道整個(gè)三維空間的信息?，F在，物理學(xué)家將高維的宇宙發(fā)生的現象以不同的“角度”投影到三維世界中，然后將這些投影里面的信息拼接在一起，獲得完整的四維世界的信息，盡管我們從來(lái)沒(méi)有看過(guò)真正的四維宇宙是什么樣子。
借助極其前沿的技術(shù)——2016年獲得諾貝爾物理學(xué)獎的技術(shù)——我們知道量子霍爾效應向我們暗示存在著(zhù)第四個(gè)空間維度的。注 量子霍爾效應也可以理解為一種拓撲現象。大約20年前，數學(xué)家表明，類(lèi)似的拓撲效應也能夠在四個(gè)空間維度上發(fā)生。
歐洲科學(xué)家所做的實(shí)驗需要使用由交叉激光束將光學(xué)晶格中的原子冷卻到接近絕對零度的溫度。研究人員將表現其描述為“剝去蛋殼的發(fā)光雞蛋”。 在實(shí)驗中，研究人員周期性地改變被捕獲的原子分裂晶格阱的特性來(lái)實(shí)現拓撲泵。通過(guò)測量晶格中所產(chǎn)生原子的二維運動(dòng)模式，能夠確認原子觸及了某個(gè)未知維度的可能性。
美國的實(shí)驗也使用了激光，他們通過(guò)一塊玻璃來(lái)控制光線(xiàn)。操縱光束來(lái)模擬電場(chǎng)對帶電粒子的影響，可以觀(guān)察到四維量子霍爾效應理論預言的現象。
當然，我們無(wú)法親身體驗四維的宇宙——我們陷在了三維空間中 ——但是科學(xué)家認為量子力學(xué)可以以某種方式為我們繪制出高維宇宙的圖像，從而增進(jìn)我們對宇宙微不足道的理解。
如果把某個(gè)2D視頻游戲角色，諸如馬里奧，突然丟入到一款3D游戲中，馬里奧本身依然是2D的，他也只能看到2D的事物。問(wèn)題是，他會(huì )發(fā)現整個(gè)世界都不大對勁，空間出現了翻轉扭曲。
這項研究的意義就在于，顯示了我們的世界存在著(zhù)同樣的扭曲現象，暗示我們其實(shí)身處更大的四維世界中而不自覺(jué)。所以雖然我們現在還不能進(jìn)入到第四個(gè)空間維度里——但是我們已經(jīng)有了證據指出它就在那里，下一步就是對它做出解釋。
研究人員希望通過(guò)最新的實(shí)驗來(lái)更好的審視現有理論，也許還會(huì )發(fā)現更先進(jìn)的物理學(xué)。
歐洲研究人員之一，德國路德維?！R克西米利安大學(xué)(Ludwig-Maximilians University)的Michael Lohse認為：“這兩個(gè)實(shí)驗是相輔相成的?！?/p>
兩項實(shí)驗都已經(jīng)發(fā)表在Nature上，更多信息請點(diǎn)擊這里和這里。
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