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(lái)自愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論。通常，當(dāng)我們談?wù)摰谒木S度時(shí)，指的是時(shí)空。但這里，我們所說(shuō)的第四維度是空間維度，但非平行宇宙。科學(xué)家認(rèn)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(yuǎn)無(wú)法親身體驗(yàn)。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(cè)第四維度呢？如今，一個(gè)美國(guó)團(tuán)隊(duì)和一個(gè)歐洲團(tuán)隊(duì)利用量子霍爾效應(yīng)，進(jìn)行了兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。他們從二維實(shí)驗(yàn)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(guò)導(dǎo)體材料時(shí)，電子會(huì)朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)磁場(chǎng)垂直施加于導(dǎo)體材料時(shí)，電子會(huì)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(shì)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(chǎng)非常強(qiáng)。此時(shí)，電勢(shì)差不呈線性增長(zhǎng)，而呈跳躍式增長(zhǎng)。
根據(jù)數(shù)學(xué)計(jì)算，四維系統(tǒng)的量子霍爾效應(yīng)是可探測(cè)的。我們雖然沒(méi)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(gè)研究團(tuán)隊(duì)采用激光，窺見(jiàn)第四維度的面貌，研究成果均發(fā)表于《Nature》。歐洲團(tuán)隊(duì)將銣元素冷凍到絕對(duì)零度，并用激光格困住原子。接下來(lái)，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(méi)有電荷，但它們模擬了電荷的傳輸。原子的運(yùn)動(dòng)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(guó)團(tuán)隊(duì)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(chǎng)一樣運(yùn)動(dòng)。當(dāng)光從兩端跳到拐角時(shí)，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(huì)影響我們的三維世界。未來(lái)，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(duì)低維世界的影響，設(shè)計(jì)出某些實(shí)用設(shè)備。 |
