物理學家已經發現了第四維度的跡象

2021-02-15 半袖君


一般來說,我們談論第四維度時,認為它是時空,很多科幻電影裡將這些流行的維度誤認為是平行宇宙,但物理學家指出的空間維度其實是,超出正常的三個維度的空間維度。

科學家們也不確定我們能否感受或體驗到其它高維度,他們認為,可能我們的大腦還沒有這個能力。

在數學上,科學家們可以描述第四維,但可能永遠不會在物理領域上經歷它,即便如此,這也不能阻止我們尋找更高維度的證據。一個幫助我們更容易理解它的是超立方體,即一個立方體內的立方體,但這只是一個模擬比喻,並不存在於現實世界中。

那麼,科學家如何才能真正探測到第四維度呢?

有兩個獨立的科研小組,歐洲和美國小組,已經完成了雙重實驗。並發表在《自然》中。

這兩個都是2D的實驗,利用量子霍爾效應,暗示了一個四維的世界。

霍爾效應是,當你有一種電有利的材料,比如金屬片或電線,通過它的電流時,電子向一個方向移動,它垂直於物質的磁場,而不是向左右兩邊。被稱為洛倫磁力。霍爾效應的結果就是電子被卡在二維系統中。科學家通過量子霍爾效應限制電子,然後測量它們。

跟著數學,你就會意識到量子霍爾效應也可以在四維系統中檢測到。美國科學家說:物理上,我們沒有四維空間系統,但我們可以使用低緯度系統來訪問四維量子的物理,因為高維系統是以結構的複雜性來編碼的。

我們自己作為一個三維物體,可以投下一個二維的陰影。那麼,一個四維的物體也應該投下一個三維的陰影,我們可以通過三維物體的影子來了解他。因此,我們也可以從四維物體的三維陰影中獲得知識,這是合情合理的。實驗中的兩個小組都做了類似的事情。他們用雷射捕捉到了第四維,每個實驗都發表在兩份報告中,這兩份報告也發表在「自然」雜誌中。

在歐洲的實驗中,科學家們提取了這種元素,並將其冷卻至絕對零度,再將原子困在雷射的晶格中,形成一種叫做「卵狀光晶體」。接下來,引入更多的雷射來激發原子,創造了一個量子「電荷泵」。雖然原子本身沒有電荷,但他們模擬了電荷的運輸。原子運動的細微變化,與量子霍爾效應在第四維度的表現是一致的。

在美國的實驗中,他們用玻璃來控制雷射進入系統的流動。在一個長方形玻璃稜鏡裡,有一系列的通道。研究人員利用這些通道,作為導波裝置來操縱光線,使其像電場一樣工作,當光從相對的邊緣跳到角落時,研究人員同樣觀察到了量子霍爾效應,就像它在四維系統時發生的一樣。

瑞典科學家認為,通過這兩個實驗,也許我們可以提出更高維度的物理學,然後設計出,能夠利用更高維度的物理學的低維度的設備。

當然,物理家們表示,探索四維世界不是他們的結局,因為他們認為宇宙多達11個維度。希望在將來他們能夠實現更高維度的探索。

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