我们离四维空间的观测越来越近

我们已经知道理论上有比我们感知的三维空间更多的维度。今天我们将讨论上述三维空间中最简单的一个——四维空间。

三维空间是我们所熟悉的，我们可以用相互垂直的x轴、y轴和z轴作为坐标轴来描述任何三维空间。然而，如果增加一个维度，也就是说，在上述三个坐标轴上增加一个相似但独立的参数轴，会发生什么？对我们普通人来说，很难想象，第四维度从何而来？三维运动可以理解。这个四维运动是什么？

二维到三维

为了理解上述问题的答案，让我们先做一个简单的维度训练:假设我们实际上生活在一个二维空间中，那么你所能想到、感知和想到的是，整个画面只能是三维空间中物体的一个“切面”或一个平面。

图1三维物体被切割成二维。这幅画来自银河系，是王笑笑画的。

例如，三维世界中的一个球体穿过二维世界并被你感知，但你所感知的是小点逐渐出现，然后变成小圆圈，然后变成大圆圈，最后慢慢变回小圆圈，直到变为零。

图2当三维世界的球体穿过二维世界时，感觉到的是每个点变成一个圆，该圆首先变大，然后变小，最后变为零。这幅动态图是由银河测绘集团的方小昊绘制的。

至于你自己，你不再是一个具有三维面部特征的人，而是一个纸上人，你的活动范围仅限于一张纸的同一平面。

图3如果你生活在一个二维的世界，你可能是一个纸上人。这幅画来自银河系，是王笑笑画的。

假设你有能力在第三维度二维移动，那么你可以在不同的平面之间移动。但是你的二维感官和内心世界无法感知你在新的空间和时间中的运动。只有当你的二维大脑接收到三维空间的相关概念，然后拼接由运动连接的不同部分，你才能意识到原来的二维世界是不完整的，还有一个更大的三维世界。原来我们生活的地球是这样的！

三维到四维

类似地，如果世界上真的有四维空间，并且我们有能力在四维空间移动，那么你可以观察到世界是如何沿着这个维度移动和变化的。通过这个维度，你可能会看到你周围的三维世界在变化。如果你有强大的脑力和想象力，你可以将所有这些信息整合成一个完整的四维心智模型。

图4三维世界中的独立物体，石头、垃圾桶和树木，可能在四维空间中是完整的存在，但是用我们的大脑，很难想象这三样东西会变成什么样子。这幅画来自银河系，是王笑笑画的。

从某种意义上说，你已经这样做了。因为如果你认为时间是第四维度，那么你已经构建了一个四维度的心理模型。你周围的三维世界随着时间的推移而变化。在你的大脑中，你将许多不同的时间段缝合在一起，形成一幅四维(三维空间维度+一维时间维度)的世界图景。

因此，人类不仅可以感知四维空间，甚至可以感受到它！

捕捉真正的四维空间

当然，建立一个四维心理模型绝不是那么简单。

虽然时间可以看作是描述一个对象的独立参数，但时间维度和空间位置的维度属性是不同的，所以从另一个角度来看，时间维度只是一个伪维度。

那么什么是纯粹的四维空间(四维空间+一维时间)？

如果我们的思维方式不能从三维跨越到四维，就不可能探究为什么我们不能感知或控制第四维的运动。

幸运的是，当比较从二维到三维的变化时，只要第四维也是线性的，我们就可以知道关于第四维的琐碎信息。因为一旦四维空间中的存在沿着第四维接近或远离我们，我们至少可以观察到只能感知三维空间的事物的出现或消失，从而捕捉到第四维的线索。

两大障碍

我们在前一阶段解释过，人类不能感知或控制第四维度(非时间维度)的运动，可能是因为不存在生存的需要。这个问题集中在另一个方面。如果第四维也是线性的，我们可以通过观察三维世界中事物的出现或消失来捕捉第四维的线索。但是为什么仍然不可能找到第四维度呢？

一种可能性是，我们知道的力和物质粒子只存在于三维空间，不能穿越第四维。因此，这些物体不能在第四维度移动，能量也不能分散(通过光子等粒子)到三维以上。超越三维的不可想象的维度能存在吗？当然这是可能的，但是如果任何已知的粒子真的不能到达这些维度，那么我们就没有机会找到它们或者探索它们。

另一种可能性是，这些更高的维度只能被一些更难研究的粒子穿透，所以我们很难观察到更高的维度。更麻烦的是，这些维度可能具有不同于传统维度的运动模式，因此隐藏在三维空间中，例如，假设更高的维度是弯曲的并且在圆环中移动。

最新发现

虽然实际的四维空间(非时间维度)还没有被直接观察到，但最近科学家们终于找到了一种展示四维空间的方法，也就是说，我们离观察四维空间的真实面貌更近了一点。

据《自然》杂志报道，瑞士苏黎世联邦理工学院的两个物理学家团队利用量子霍尔效应探测四维时空。

两组研究人员设计了一个特殊的二维系统。实验对象是一组超冷原子和一组处于二维状态的轻粒子。通过霍尔效应的观察和测量，四维时空态在很短的时间内被捕获。两组实验的结果是不同的，但它们是互补的，从理论上把二维空间转换成四维空间。