@ 2018.03.08 , 12:00
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物理学家探测到第四维度的迹象

物理学家探测到第四维度的迹象
credit: 锐景创意

理论上,除三维空间外,还存在更高的维度。第一条相关线索来自爱因斯坦的狭义相对论。通常,当我们谈论第四维度时,指的是时空。但这里,我们所说的第四维度是空间维度,但非平行宇宙。

科学家认为,即便存在其它维度,人类大脑也未必能够感受到它们。我们能够从数学上描述第四维度,但也许永远无法亲身体验。然而,科学家从未放弃寻找更高维度的证据。

怎样才能探测第四维度呢?如今,一个美国团队和一个欧洲团队利用量子霍尔效应,进行了两项实验。他们从二维实验中,发现了四维世界的迹象。首先解释下霍尔效应。电流通过导体材料时,电子会朝一个方向运动。当磁场垂直施加于导体材料时,电子会由于洛伦兹力而向左或向右偏转,并在导体两端形成电势差。霍尔效应使电子形成二维系统。量子霍尔效应发生在量子水平,要么材料处于极低温度,要么磁场非常强。此时,电势差不呈线性增长,而呈跳跃式增长。

根据数学计算,四维系统的量子霍尔效应是可探测的。我们虽然没有四维空间系统,但却能够从低维系统中发现四维量子霍尔效应。三维物体能够投下二维影子,那么四维物体也应该能够投下三维影子。我们能够从二维影子中了解三维物体,那么也应该能够从三维影子中了解四维物体。两个研究团队采用激光,窥见第四维度的面貌,研究成果均发表于《Nature》。

欧洲团队将铷元素冷冻到绝对零度,并用激光格困住原子。接下来,他们用更多激光刺激原子,制造量子“充电泵”。尽管原子本身没有电荷,但它们模拟了电荷的传输。原子的运动产生了微弱的变化,这种变化和第四维度的量子霍尔效应一致。

美国团队用矩形玻璃棱镜控制激光流,内含一条条通道,如同一条条光纤。他们将通道当作波导管,操纵光线,使光线像电场一样运动。当光从两端跳到拐角时,研究人员便观察到了四维系统的量子霍尔效应。

第四维度的物理现象会影响我们的三维世界。未来,科学家也许能够研究更高维度的物理学,并利用高维物理对低维世界的影响,设计出某些实用设备。

本文译自 bigthink,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。
原作者:PHILIP PERRY


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TOTAL COMMENTS: 31+1

  1. 挖金矿的小林
    @2 months ago
    3730903

    空间戒指要出现了吗

  2. 3730904

    以我的智商只能从数据了解高维世界,却无法对它产生直观感受

  3. 哲学大叔
    @2 months ago
    3730912

    能看到屋外有贼的话,比较实用。

  4. 食品级怪蜀黍
    @2 months ago
    3730915

    我猜那种测不到运动轨迹的突然出现或消失的粒子其实是沿四维空间运动的

  5. 3730925

    @Ron: 简单说,屏幕里面是一个三维世界,但是屏幕显示二维的。

    真实世界空间是高于三维的,只是人感觉到的是三维的。

  6. 3730933

    一维是二维的投影,二维是三维的投影,三维是……

  7. 没了蛋蛋
    @2 months ago
    3730935

    什么,真仙还无法降临三维世界么

  8. 佛罗伊德真科
    @2 months ago
    3730949

    ——偏僻地区的人,防小人伪装,就直接近亲结婚了,直接兄妹姐弟恋近亲结婚了。要阻止Ta们啊!!

    ——那怕Ta们没有遗传缺陷,或者就算Ta们是为了避免染上遗传缺陷畸形。在偏僻地区的人看来,小人伪装的问题远没有遗传缺陷问题麻烦多甩不开扔不掉筛不掉。

    ——偏僻地区的人,防小人伪装,就直接近亲结婚了,直接兄妹姐弟恋近亲结婚了。要阻止Ta们啊!!

    ——那怕Ta们没有遗传缺陷,或者就算Ta们是为了避免染上遗传缺陷畸形。在偏僻地区的人看来,小人伪装的问题远没有遗传缺陷问题麻烦多甩不开扔不掉筛不掉。

  9. 今天疯
    @2 months ago
    3730952

    或许咱们的世界只是高维度世界生物手里的一本连环画,说不定过会儿就被他们拿去擦屁股了,但是对咱们并没什么影响。。。

  10. 星耀联邦国父
    @2 months ago
    3730953

    四次元死宅A:如果能够生活在三次元该多好啊……现实了为什么没有那种可爱的三次元妹子!
    四次元死宅B:来人,给这位公子上三次元莫比乌斯环。
    四次元死宅C:唉,别提了,我妈昨天说我粒子状态已经快达到饱和,已经要进入衰减期,非要拉我去相亲,我想要三次元小姐姐安慰啊,不要去相亲!我老婆是新垣结衣!
    四次元死宅B:放你娘的不稳定粒子,我老婆能看上你?
    四次元死宅A:停一下,我全都要。

  11. 3730955

    美团 好厉害啊。

  12. 做膜结构工程
    @2 months ago
    3730957

    蚂蚁理解不了三维世界,就像人类理解不了四维世界。

  13. 3730974

    一旦说到量子尺度,感觉一切皆有可能了。

  14. 3730981

    看来可以建造空间隧道了

  15. 3730986

    @佛罗伊德真科: 说 你是不是脸帝!

  16. 3731073

    读那本《平面国》就能理解低维度世界和高维度世界之间的关系了。

  17. 3731104

    是脑部结构决定了不同物种的生物钟,所以人只能感受到三维吧,可能我们感受到的真实世界并不真实。

  18. codetrick
    @2 months ago
    3731109

    物理学家R. Feynman曾说:“如果你无法把一件事解释给大一学生听懂,那么说明你自己也不懂。” 显然,原(科普)文的作者自己也没懂。

    这里的一个关键问题,是他混淆了物理维度 (physical dimensions) 和人造维度 (synthetic dimensions)。物理维度,基本上可以理解为日常感知到的维度,即3+1维时空。弦理论/膜理论中的高维时空,也是指的物理维度。弦理论家通常认为这些额外维空间的尺度远低于目前实验所能够探测,所以我们能观测到的只有3+1维。弦理论是否描述我们所在宇宙的物理,事实上仍有很大争议,许多基础问题远未解决。

    而这份研究中的4维空间,实际上是人造维度,并不是他们找到了个办法测量(现实存在的)额外维空间造成的效应。

    什么是人造维度?简单的说,如果你写下一个物理理论(不一定对应现实实在),其中粒子,或者波在n维空间中运动。如果把这个系统的动力学投影到较低维空间进行观测,那么利用原来的n维空间理论,被观测量可以比较简单地被描述。然而如果直接把原来理论的动力学方程转化成低维空间的方程求解,可能就没有那么直观了。

  19. 佛罗伊德真科
    @2 months ago
    3731120

    @cylcy:

    毕竟爱因斯坦只有一个。用智力感受世界

  20. 3731211

    我们的世界只是一个完整的游戏,是有长度且可以快进快退存档循环的,如果真的创世神存在那么他一定像我们一样普通,因为我们早晚也会创造出这样的游戏。到时我们就是某种意义上的创世神,但是一切一定是有起点的。

  21. 3731279

    用凝聚态物理研究高能物理的都是骗子,跟着摇旗呐喊的都是SB。

  22. nonename
    @2 months ago
    3731325

    所以有真实存在的二维世界的生命吗?

  23. 3731359

    三维世界的引力与距离二次方反比,四维世界则是三次方反比,以此类推。多维世界?物理定律都不一样了,多维个鸡巴!

  24. megaflame
    @2 months ago
    3731382

    先查查有没有哪根线松了

  25. 3731616

    叫弗洛伊德什么的这个,怎么了?被脑控了吗?

  26. 塞北耕夫
    @2 months ago
    3731731

    四维现象早就被发现了……
    比如说USB接口……

  27. 杍墨
    @1 month ago
    3731946

    物理层面4维应该是可以探测的,但更高维度只能依靠数学了

  28. 魔能野猪
    @1 month ago
    3732124

    steam有个叫4D toys的游戏 非常科学

  29. 诶嘿嘿嘿
    @1 month ago
    3732216

    为什么上限就不能是我们能够认知 感受到的这种三维呢。就好比电视屏幕,它是二维的但是 发出了光模拟出了一个仿三维的世界,但是你不能说里面就是自成一个世界吧?我们这些三维生物,假设真的也在一个屏幕里,那么那样的屏幕也应该是三维的吧,那么那样的屏幕 也就应该是我们“自己”吧? 作为三维生物的我,感受地这么真实,也丝毫感觉不到高维对我的影响,那么这些多少维多少维的和我也没多大关系了, 我即是三维 三维就够了

  30. 3732474

    @nonename: 或许有,或许没有。跨维度之间基本上是没意义的。所谓的ACG二次元只是一种表述而已,不是物理学的二维。

  31. 邪恶喵星人
    @1 month ago
    3735518

    对呀,电子受到磁场干扰就会自己转弯,第四维度就是这个意思,人走着走着受到一个特殊环境的作用就瞬间转移了,这就是第四维度

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