高維空間真的存在嗎？科學家通過實驗或已找到額外維度存在的證據

在文學中，有很多小說中討論了額外維度的存在。另一方面，在物理學中，我們的宇宙包含超過三個空間維度的可能性是在20世紀20年代愛因斯坦廣義相對論之後首次提出的。現代弦理論--試圖使愛因斯坦的觀點與量子力學定律相一致--甚至假定了世界包括了多達10個維度。

在完全不同的背景下，由伊曼紐爾·布洛赫教授和奧德齊爾伯格教授領導的一個國際研究小組，現在已經展示了一種在現實世界實驗中觀察高維空間的方法。

利用被周期性調製的二維超晶格所束縛的超原子，科學家們可以觀察到一種新的量子霍爾效應的動力學版本，這種效應將在四維系統中發生。當帶電粒子在二維平面上運動時，就會產生霍爾效應。磁場產生洛倫茲力，使粒子在與其運動正交的方向偏轉。這體現在橫向霍爾電壓的出現中。

1980，克勞斯·馮·克利辛做出了一個了不起的發現：在低溫和強磁場下，這種電壓只能得到一定的量子化值。此外，無論實驗樣品的具體性質如何，這些值都是相同的。這一驚人的事實後來被證明，它與描述電子在如此低能量下的行為的量子力學波函數的拓撲有關--這是大衛·索利斯於2016獲得諾貝爾物理學獎的開創性工作。

2013，奧德.齊爾伯格和合作者們認識到，四維量子霍爾效應的關鍵特徵也應該在二維特定的隨時間變化的系統中顯現，即拓撲電荷泵，這構成了高維模型的一個動態版本。1983，Thouless指出，通過周期性地調製一維系統，可以產生粒子的量子化輸運，這種反應在數學上相當於二維量子霍爾效應。因此，在正交方向上組合兩個這樣的系統，就可以觀察到4D中預測的非線性霍爾電流。

伊曼紐爾·布洛赫集團現在已經做到了這一點。首先，原子云被冷卻到接近絕對零度，並放置在二維光學晶格中。這種光學晶格是由一定波長的反射雷射束沿兩個正交方向的幹涉產生的。由此產生的電位類似於雞蛋盒狀的「光晶體」，原子在其中移動。通過在每個方向加入另一束不同波長的雷射束，就形成了一個所謂的超晶格。

研究人員可以通過在同一軸上引入不同波長光束之間恆定的微小角度來實現所提出的二維拓撲電荷泵，同時通過稍微移動附加雷射束的波長，在正交方向上動態地改變勢的形狀。

當在時間上調節電勢時，原子主要朝調製的方向移動，並以量子化的方式移動--這是與Thouless預言的二維量子霍爾效應對應的線性(即1d)響應。

但除此之外，慕尼黑團隊也觀察到橫向上有輕微的漂移，儘管在整個實驗過程中，這個方向的晶格勢仍然是靜態的。這種橫向運動相當於非線性霍爾響應--這是4D霍爾效應的本質特徵。通過仔細監測和分析在這個過程中原子在超晶格中的位置，科學家可以進一步證明這種運動是量子化的，從而揭示了4D中霍爾效應的量子性質。

這一結果現在已經發表在「自然」雜誌上，並由美國的一個研究小組進行了補充性的工作，該研究小組利用光子結構研究了由於4D量子霍爾效應而伴隨著這一運動的複雜的邊界現象。這些論文共同提供了高維量子霍爾系統物理的第一次實驗，這為未來提供了許多迷人的前景。這些問題包括我們理解宇宙的基本問題，如量子關聯和維數的相互作用，宇宙磁場的產生和量子引力。

哈佛大學的物理學家麗莎.藍道爾（Lisa.Randall）曾在實驗室做過一個關於核裂變的實驗，在這個實驗的過程中她意外地發現，有一些微粒竟然憑空消失了。根據麗莎.藍道爾的介紹，這些微粒既沒有留下能量，也沒有轉變成其他物質，就這樣「莫名其妙地不見了」。

對於這個現象，科學家認為，這些微粒很可能不是憑空消失，而是進了入另一個隱藏的維度中，這個維度其實就在我們身邊，但卻因為太過細微以至於我們無法觀測到。

高維空間和靈魂關係的探索

據鳳凰衛視報導：美國時間2010年5月3日，哈佛大學著名物理學家、量子物理學家美女教授麗莎·藍道爾向媒體宣稱，自2001年以來聯合美國著名物理學家John Swegle、康涅狄克大學的心理學教授肯耐斯－瑞恩博士、荷蘭Rijnstate醫院心血管中心的沛姆－凡－拉曼爾醫生、美國著名心理學家雷蒙－穆迪博士、英國著名外科醫生山姆－帕尼爾研究靈魂是否存在的科學證據。

經過9年的精心研究和無數次的試驗。已經取得了突破性的進展，證明靈魂確實存在，有望將在2012年向全人類莊嚴宣告靈魂存在的最權威的科學證據。屆時人們不得不佩服人類祖先的智慧，在幾千年前就認為有靈魂存在。同時麗莎·藍道爾也擔心，一旦科學界公布靈魂存在的證據，世界上很多人將不懼怕死亡，自殺或極端事件也將上升。這是她不希望看到的結果。

科學家們試圖通過粒子對撞機探索量子宇宙，重現約140億年前誕生宇宙的大爆炸後的情形。哈佛美女教授挑戰愛因斯坦，認為還有另一個神秘空間和世界存在。在哈佛大學的一間實驗室裡，一位女教授正在做一個核裂變的實驗。突然，她發現一個微粒竟然離奇地消失得無影無蹤。它會跑到哪兒去？女教授大膽提出一個新的設想：我們的世界中存在一個人類所看不到的第五維空間。

麗莎·藍道爾大膽設想立刻引起了國際物理學界的震驚。根據愛因斯坦的廣義相對論，人類生存的三維空間加上時間軸，構成的是「四維時空」。於是，哈佛美女教授挑戰愛因斯坦的消息一時傳遍了全球。那麼，這個神秘的第五維空間到底是什麼？這位美女教授麗莎·藍道爾說：「在我的一次實驗中，一些微粒莫名其妙地消失了，我認為它們是跑到了我們看不到的另外的空間裡去了。它們其實離我們並不遙遠，只是很好的隱藏了起來。」

藍道爾將這個「我們看不到的空間」稱為「第五維空間」。如果藍道爾所說的第五維空間存在，那麼為什麼我們會看不到它？藍道爾教授解釋說：「這個額外存在的維度非常微小，如果某些事物足夠的小，你就不能夠感受到它的存在。」

中國科學院理論物理研究所的研究員李淼解釋：這就好比我們看來就是一根線的物體，如果用放大鏡觀察，就可以發現其實裡面還有另外的世界——裡面的纖維有粗有細，有不同的方向。這就是我們看不見藍道爾教授假設的第五維空間的原因，因為維度太小了。李淼解釋說，「四維」是一個時空的概念。它是指人類存在的三維空間再加上一個時間。這是愛因斯坦在他的《廣義相對論》和《狹義相對論》中提及的概念。我們的宇宙是由時間和空間構成；時空的關係，是在空間的架構上，即在普通三維空間的長、寬、高三條軸外，又加上了一條時間軸。

李淼教授是國內研究高度空間的專家之一，他告訴記者，藍道爾教授的研究應該說是愛因斯坦「四維時空」理論的延伸。研究高度空間是為了將我們現在所知道的力統一起來。比如電磁力和引力，因為在我們這個低維度空間裡看起來表現形式不同的各種力，在更高維度的空間裡可能就是一個力。

在藍道爾教授的理論中，如果第五維空間真的存在，那麼很可能還存在著另一個神秘的三維世界。這就是說，我們人類生活在一個無限大的五維空間中，不過，我們只能感知到其中的四維———空間和時間，另有一個維度我們無法看見。然而，就在這五個維度共同組成的空間中，還有另一個不為我們所知的三維世界存在。藍道爾說，那個「世界」的物質組成將完全不同於我們所能感知的這個世界——其化學成分和存在的力與我們的世界全然不同。在第五維空間，唯一與我們分享的就是重力。只有重力產生的能量，可以穿梭於兩個不同的「世界」。

目前，科學家們正在努力找出重力以外可以穿梭於兩個不同「世界」的其他物質。這樣一來，就可以找出存在於五維空間中的世界，甚至發現時光隧道。不過，藍道爾認為，人類目前還沒有能力離開賴以生存的這個世界。如果發現了第五維空間，就可以解決物理界一直以來的一個謎團：與電磁力和其他力相比，重力為什麼會如此脆弱？比如，一塊小小的磁鐵就可以將曲別針吸起來，要知道，磁鐵的對手事實上是擁有地心引力的整個星球！

藍道爾透露說，最快在明年（2011年），她就可以把「第五維空間」從假設變成全新的理論。這是因為，歐洲原子核研究中心(CERN)目前正在瑞士和法國的邊境地下100多米深處，興建一臺世界規模最大的大型粒子對撞機。粒子對撞機正式投入使用後，便可觀察是不是有粒子消失，進入了人類看不到的「第五維空間」。屆時，一條周長27公裡的環形隧道將把兩束質子加速到接近光速，然後讓它們以每秒8億次的速率迎面相撞，釋放出大量比質子更小的粒子，從而重現宇宙形成時發生大爆炸的情形。如果屆時有粒子消失無蹤，就可以證實後者進入了人類看不到的「第五度空間」。

早在1919年，波蘭人T-卡盧茲就將愛因斯坦的廣義相對論推廣到「五維時空」。此後，另一位科學家O-克雷恩將其發展而形成了新的Kaluza-Klein理論。

藍道爾教授說，在Kaluza-Klein模型中，存在這樣一些粒子，它們的一些物理特性讓人們感到很奇怪，比如質量。在這個模型裡，這些粒子的質量總是莫名其妙地增加了。這些增加的質量是哪來的呢？「我們認為，這些質量一定跟額外維度空間中產生的動力有關。」藍道爾說，「它們依靠額外空間中的幾何學存在，而這個額外維度空間可能就是看不見的第五度空間。所以，我們要想尋找第五度空間，其中一種方法就是尋找這樣一些粒子。」

現年45歲的麗莎曾因美貌榮登美國《時尚》雜誌，被譽為哈佛美女教授。身為哈佛大學理論物理學專業的博士，麗莎多年來潛心研究引力、時空的額外維度、膜宇宙模型和弦理論。她的代表著作《彎曲的旅行：揭開隱藏著的宇宙維度之謎》，由於深入淺出地談論了人類身處其中的宇宙故事，一舉入選《紐約時報》2005年 「100本最佳暢銷書」之列。2007年，麗莎被美國《時代》雜誌評選為全球「100名最有影響力人物」之一，被公認為當今全球最權威的額外維度物理學家。

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