我們習慣於處理三個物理維度和一個額外維度的時間,當我們在宇宙中移動時,但是兩組科學家已經證明了第四個空間維度可以超出上下左右、左和右,以及向前和向後的極限。
正如你所期望的那樣,這是彎曲的物理定律,所涉及的實驗在一定程度上是理論和非常複雜的,並且觸及我們的老朋友量子力學。
通過將兩個特別設計的2D設置放在一起,兩個獨立的研究團隊——一個在歐洲,一個在美國——通過所謂的量子霍爾效應,通過某種限制和測量電子的方式,來窺見這個第四空間維度。
「物理上,我們沒有4D空間系統,但是我們可以利用這個低維系統來訪問4D量子霍爾物理,因為高維系統是在結構的複雜性中編碼的,」來自美國賓州州立大學的Mikael Rechtsman的研究人員,在Gizmodo網站上對Ryan f . Mandelbaum說。
「也許我們可以在更高維度上提出新的物理,然後設計出能夠在低維度上利用高維物理學的設備。」
換句話說,就像三維物體投射2D陰影一樣,科學家們已經成功地觀察到一個4D物體潛在的三維陰影——即使我們不能真正看到4D物體本身。這可以在科學的基礎上解開一些新的發現。
漢克斯對一些相當先進的計算——獲得了2016年諾貝爾物理學獎——我們知道量子霍爾效應指出了第四空間維度的存在。
這些新的實驗所做的是給我們一幅關於第四維度可能產生的影響的圖片。
歐洲團隊的安裝過程中,原子冷卻到接近絕對零度,並通過雷射的使用者放置在2D柵格中,被研究者描述為「一個像雞蛋一樣的光晶體」。
隨著額外的雷射的加入,這個團隊能夠實現一個量子「電荷泵」來激發被捕獲的原子並使它們運動。研究人員發現的運動的微小變化與4D量子霍爾效應的產生有一定的聯繫——增加了第四個空間維度可以被某種程度上被訪問的可能性。
美國的實驗也使用了雷射,這一次是控制光束通過一塊玻璃。通過操縱光來模擬電場對帶電粒子的影響,可以觀察到4D量子霍爾效應的後果。當然,我們不能在物理上接觸這個4D世界——我們被困在三維空間裡——但是科學家們認為量子力學可以給我們一個圖像,從而增強我們對宇宙的有限理解。
另一種思考方式是,這個視頻,如果我們是一個2D平臺的視頻遊戲角色,然後突然在3D遊戲中漫遊。我們的視角是二維的,但是當我們移動的時候,我們會看到扭曲和翻轉,因為3D世界被摺疊成一個二維平面。
這一研究也顯示了同樣的扭曲,暗示了我們現在所能看到的更大的4D世界。
所以我們還不能去第四次空間維度的旅行——但是我們有更多的證據證明它是存在的,更好的想法是它是如何運作的。研究團隊現在希望在這些研究的基礎上進一步研究,並在未來探索一些更先進的物理學。
「我認為這兩個實驗是相輔相成的,」來自德國路德維希馬克西米利安大學的歐洲研究人員麥可·洛斯告訴Gizmodo。
這兩個實驗的結果已經在這裡和這裡發表了。