物理學實驗揭示宇宙第四個空間維度
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當我們提及宇宙四維時空的時候，我們指的是三個空間維度外加一個時間維度，但是現在有兩組科學家發現了具有四個維度的物理空間，它超出了我們所能理解的前後左右上下這些空間方位的限制。
因為看起來違反了通常的物理學認知，讀者也能猜到，這裡所涉及實驗的理論根基是極度抽象和非常複雜的，並少不了我們的老朋友量子力學。
通過組合兩個特別設計的二維實驗裝置，歐洲和美國的科學家分別獨立地藉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麼一瞥。
「現實的物理世界中沒有四維的對象，但是我們可以使用低維繫統來演示四維世界中的量子霍爾效應，因為高維繫統的信息被編碼在結構的複雜性中。」美國賓夕法尼亞州立大學的研究人Mikael Rechtsman在接受科技媒體採訪時說。「也許我們可以在更高的維度上發展出全新的物理學，然後在低維世界裡利用高維物理學理論設計出全新的儀器。」
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的時候，我們能夠完整地知道整個三維空間的信息。現在，物理學家將高維的宇宙發生的現象以不同的「角度」投影到三維世界中，然後將這些投影裡面的信息拼接在一起，獲得完整的四維世界的信息，儘管我們從來沒有看過真正的四維宇宙是什麼樣子。
藉助極其前沿的技術——2016年獲得諾貝爾物理學獎的技術——我們知道量子霍爾效應向我們暗示存在著第四個空間維度的。注 量子霍爾效應也可以理解為一種拓撲現象。大約20年前，數學家表明，類似的拓撲效應也能夠在四個空間維度上發生。
歐洲科學家所做的實驗需要使用由交叉激光束將光學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「剝去蛋殼的發光雞蛋」。 在實驗中，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實現拓撲泵。通過測量晶格中所產生原子的二維運動模式，能夠確認原子觸及了某個未知維度的可能性。
美國的實驗也使用了激光，他們通過一塊玻璃來控制光線。操縱光束來模擬電場對帶電粒子的影響，可以觀察到四維量子霍爾效應理論預言的現象。
當然，我們無法親身體驗四維的宇宙——我們陷在了三維空間中 ——但是科學家認為量子力學可以以某種方式為我們繪製出高維宇宙的圖像，從而增進我們對宇宙微不足道的理解。
如果把某個2D視頻遊戲角色，諸如馬里奧，突然丟入到一款3D遊戲中，馬里奧本身依然是2D的，他也只能看到2D的事物。問題是，他會發現整個世界都不大對勁，空間出現了翻轉扭曲。
這項研究的意義就在於，顯示了我們的世界存在著同樣的扭曲現象，暗示我們其實身處更大的四維世界中而不自覺。所以雖然我們現在還不能進入到第四個空間維度里——但是我們已經有了證據指出它就在那裡，下一步就是對它做出解釋。
研究人員希望通過最新的實驗來更好的審視現有理論，也許還會發現更先進的物理學。
歐洲研究人員之一，德國路德維希—馬克西米利安大學(Ludwig-Maximilians University)的Michael Lohse認為：「這兩個實驗是相輔相成的。」
兩項實驗都已經發表在Nature上，更多信息請點擊這裡和這裡。
本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。
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