对于生活在三维空间的人类来说，我们所能做的，就是上下左右、前进后退的体验这个世界（外加一个时间维度），但近期两个物理实验室展示的论文指出，他们已经找到了“展示”第四个空间维度的方法。
这并不是说它们已经找到四维空间，而是这两个团队在两种不同的二维装置实验中，观察到“四维量子霍尔效应”（4D quantum Hall effect）的存在。
这些实验对于基础科学有着相当重要的意义，因为这代表可能将有机会让工程师在这个相对低维的世界中，透过特定的方式了解到更高维度的物理学。
研究作者之一、宾州州立大学（Penn State）教授 Mikael Rechtsman 指出，虽然物理上并没有 4D 的空间系统，但透过高维度系统被编码的结构复杂性，我们仍有机会运用这个低维系统来接触 4D 量子霍尔物理。
“也许在对更高维度的理解中，我们可以提出新的物理学，并运用其中的优势设计装置给低维度的使用。”
但是这要怎么做到呢？毕竟作为三维生物，我们只能用数学来描述四维空间，而无法透过物理上来实现，但研究团队认为，或许还有其他方式也能做到。
试着想想：即使是三维图形，仍会在平面上留下二维的阴影，而通过观察这个影子，便能稍微收集一些有关三维图形的资讯，研究人员因此认为，也许通过观察一些现实世界的物理系统，我们也可以从中找到一些低维度的“阴影”，借此来了解四维世界的性质。
从数学来看，量子霍尔效应（FQHE）产生的其他后果，应该可以在四维空间系统中的测量中找出答案。但同样的，我们并没有四维空间能够测试这个物理。
但根据刊登在《自然》期刊上的论文显示，两个团队都成功克服了这项障碍。
在欧洲的研究中，透过运用激光光将铷（Rb）原子困在二维空间，研究团队创造出一种类似二维量子电荷泵（charge pump）效果，能模拟出电荷传输的情况（原子不带电），并运用这个系统测量到“第二陈氏数”（second Chern number），象征着四维空间效应的存在。
（Source：宾州大学 Rechtsman laboratory）
而宾州大学由 Rechtsman 领导的团队，则是借由波导（Waveguide）对光线进行控制，透过耦合的光纤与特殊玻璃模拟出电场对带电粒子的影响，观察到光线跳到装置边缘及角落的情况，即与 4D 量子霍尔效应相关的物理效应。
简单来说，欧洲团队正在研究大多数物理系统中的四维效应，而Rechtsman 领导的团队则在研究同一个系统中的边缘效应。
尽管这两项实验并不是真正的四维系统，只是能够展示“特定效应在四维空间中发生的效果会是如何”的高精密装置，但两个团队都表示将会继续这项研究。
欧洲团队的负责人、德国慕尼黑大学（LMU Munich）Michael Lohse 希望这项系统可以支持那些更“狂野”的物理学研究，像是量子重力（quantum gravity）和外尔费米子（Weyl semimetal）。
而 Rechtsman 则认为透过研究，更高维度的优势或许能带领其他光子元件发展，甚至有机会在其他材料中发现类似的效应。
虽然并不完全相同，但两个实验都证实了四维系统中量子霍尔效应的存在， Lohse 认为，两个实验分别从不同角度提供了全新的理解，“我认为这两个实验都很好的完整了另一方。”
- Two Experiments Show Fourth Spatial Dimension Effect
（首图来源：shutterstock）
