科学家用第四维度创造了一种值得注意的材料

Darren Orf

Fri, August 4, 2023 at 9:00 PM GMT+8

科学家利用4D阿蒂亚娜·拉夫罗娃（4DTatiana Lavrova）创造科幻元物质 - Getty Images

·                                 第四维度不是某些我们能感知的东西，但它仍然能是物理学家的一个重要工具。

·                                 来自密苏里大学的科学家用一种4D“合成维度”来开发一种能控制在固体材料表面上的能量波的物质。

·                                 这样一个突破对量子计算可能有影响，并帮助在地震多发地区提供更安全的工程技术。

术语“4D”另外被称为“第四维度”，往往被在电影院中滥用来不准确的提升有问题的更好3D电影。但在物理学界，“第四维度”是非常真实的，它正在帮助科学家发现一些真的科幻水平的元物质。

我们普通的3D存在统治我们怎样感知这个宇宙 ------有x、y和z轴。然而，研究人员也能用高等数学和光来开发扩展维度------被称为“合成维度”------刚好超越我们感知的。额外的维度允许系统数学上被以不同的方式操作，并赋予科学家以前不能获得的洞察力。

在上周发表在《科学进展》杂志上的一篇论文中，来自密苏里大学工程学院的科学家详细介绍了一种他们用第四维度发现的新型元物质。该团队的元物质有来控制在固体材料的表面上的能量波的能力。这些波帮助确定振动如何沿表面传播。

密苏里大学教授和研究合著者黄国联在一份新闻稿中说，“传统材料被限于有X、Y和Z轴的三个维度，但现在我们正在合成维度或4D中建造材料，这允许我们来操纵能量波路径刚好走到我们要它随它从材料的一角旅行到另一个角的地方”。

Handout/University of Missouri

这一突破来自一个被称为拓扑学的数学分支，这是形状及其在空间中的排列的研究。仅在过去十年内研究人员已经掌握了拓扑学如何能帮助物理学家更好理解材料。按照该论文，黄的研究中的效应被称为拓扑泵浦，它“允许波来导航一个不被紊乱和缺陷干扰的样品”。

尽管黄承认这种材料只是未来实验和突破的一个构建块，但这种元物质通过允许在更高维度中的量子效应对量子计算有重大影响。但在一个更实际的层面上，变得能够在固体表面上操纵能量波的路径会带来一些潜在的强大现实世界的好处。

黄在一份声明中说，“大部分能量------90%，来自一个地震沿地球表面发生的，因此，通过以这种材料覆盖一个枕头一样结构并将它放置在一座建筑物下方的地球表面上，它可能潜在的帮助在地震期间保持结构不坍塌”。

 因此，虽然电影院的4D可能只是一个低俗的营销噱头，但对世界各地的物理学家，这些“合成维度”有改变我们非常真实（和非常3D）世界的可能性。