理論上，除三維空間外，還存在更高的維度。第一條相關(guān)線索來自愛因斯坦的狹義相對論。通常，當(dāng)我們談?wù)摰谒木S度時，指的是時空。但這里，我們所說的第四維度是空間維度，但非平行宇宙。科學(xué)家認為，即便存在其它維度，人類大腦也未必能夠感受到它們。我們能夠從數(shù)學(xué)上描述第四維度，但也許永遠無法親身體驗。然而，科學(xué)家從未放棄尋找更高維度的證據(jù)。怎樣才能探測第四維度呢？如今，一個美國團隊和一個歐洲團隊利用量子霍爾效應(yīng)，進行了兩項實驗。他們從二維實驗中，發(fā)現(xiàn)了四維世界的跡象。首先解釋下霍爾效應(yīng)。電流通過導(dǎo)體材料時，電子會朝一個方向運動。當(dāng)磁場垂直施加于導(dǎo)體材料時，電子會由于洛倫茲力而向左或向右偏轉(zhuǎn)，并在導(dǎo)體兩端形成電勢差�；魻栃�(yīng)使電子形成二維系統(tǒng)。量子霍爾效應(yīng)發(fā)生在量子水平，要么材料處于極低溫度，要么磁場非常強。此時，電勢差不呈線性增長，而呈跳躍式增長。
根據(jù)數(shù)學(xué)計算，四維系統(tǒng)的量子霍爾效應(yīng)是可探測的。我們雖然沒有四維空間系統(tǒng)，但卻能夠從低維系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)四維量子霍爾效應(yīng)。三維物體能夠投下二維影子，那么四維物體也應(yīng)該能夠投下三維影子。我們能夠從二維影子中了解三維物體，那么也應(yīng)該能夠從三維影子中了解四維物體。兩個研究團隊采用激光，窺見第四維度的面貌，研究成果均發(fā)表于《Nature》。歐洲團隊將銣元素冷凍到絕對零度，并用激光格困住原子。接下來，他們用更多激光刺激原子，制造量子“充電泵”。盡管原子本身沒有電荷，但它們模擬了電荷的傳輸。原子的運動產(chǎn)生了微弱的變化，這種變化和第四維度的量子霍爾效應(yīng)一致。
美國團隊用矩形玻璃棱鏡控制激光流，內(nèi)含一條條通道，如同一條條光纖。他們將通道當(dāng)作波導(dǎo)管，操縱光線，使光線像電場一樣運動。當(dāng)光從兩端跳到拐角時，研究人員便觀察到了四維系統(tǒng)的量子霍爾效應(yīng)。第四維度的物理現(xiàn)象會影響我們的三維世界。未來，科學(xué)家也許能夠研究更高維度的物理學(xué)，并利用高維物理對低維世界的影響，設(shè)計出某些實用設(shè)備。 |
