近日，科學(xué)家打造出

“全息蟲洞”的消息沖上熱搜

引發(fā)了大家的討論

蟲洞是什么？

我們真的能用它穿越時(shí)空嗎?

今天一起了解蟲洞

01

蟲洞？是蟲子住的洞嗎？

宇宙中的蟲洞是科學(xué)家推測(cè)可能存在的一種特殊隧道，它的兩頭連接著兩個(gè)遙遠(yuǎn)的時(shí)空，理論上說，如果能從蟲洞的一端穿越到另一端，就能實(shí)現(xiàn)超越光速的時(shí)空旅行。

電影《星際穿越》中結(jié)尾主角就是進(jìn)入了蟲洞，發(fā)生了時(shí)空穿越。感興趣的同學(xué)可以去看看哦！

圖源：截圖 電影星際穿越中的畫面

要理解蟲洞，我們首先要理解“黑洞”和“白洞”。在霍金的兩大科普著作《時(shí)間簡史》《果殼中的宇宙》的幫助下，黑洞這一概念早已深入人心。它是在恒心死亡時(shí)，由于體積收縮，密度變大，獲得使光也無法逃脫的巨大密度的一種天體。而所謂白洞，其實(shí)就是和黑洞具有相反性質(zhì)的特殊天體，特點(diǎn)是不斷往外“吐”出東西，只發(fā)射而不吸收。

一個(gè)吞噬一切，一個(gè)“吐出”一切，大家可以想象一下，如果一個(gè)黑洞恰好連上了一個(gè)白洞時(shí)會(huì)怎么樣呢？這時(shí)就會(huì)形成蟲洞（worm hole）。

圖源：中科院理論物理研究所 蟲洞示意圖

1915年，愛因斯坦提出了廣義相對(duì)論，在愛因斯坦的理論中，空間和時(shí)間不再是絕對(duì)的、不可變的，而是可塑的、相互依存的，且它們會(huì)受物質(zhì)存在的影響。1935年，愛因斯坦和他的助手羅森在廣義相對(duì)論的框架下研究黑洞，首次提出“愛因斯坦-羅森橋”的概念，這座“橋”連接了時(shí)空中兩個(gè)不同區(qū)域的通道。上世紀(jì)50年代，物理學(xué)家惠勒將這座橋命名為“蟲洞”。

這聽起來是不是很令人心動(dòng)？進(jìn)入蟲洞，你可能會(huì)出現(xiàn)在宇宙的任意一個(gè)角落，甚至穿越時(shí)空，改寫你的人生，重新選擇你曾經(jīng)后悔的事。然而，雖然廣義相對(duì)論允許蟲洞的存在，物理學(xué)家還從未在宇宙中觀測(cè)到蟲洞，目前只有黑洞被人類實(shí)際觀測(cè)。

02

量子蟲洞又是啥？

雖然我們還沒有在宇宙中發(fā)現(xiàn)蟲洞，但現(xiàn)在科學(xué)家們創(chuàng)造出了蟲洞，還觀察到了信息在蟲洞之間傳遞的現(xiàn)象。不過，先別想著穿越時(shí)空，這個(gè)蟲洞并非上述所講的引力蟲洞，而是一個(gè)量子蟲洞。

日前，英國《自然》（Nature）雜志發(fā)表的一篇論文首次報(bào)道了利用一臺(tái)量子處理器對(duì)全息蟲洞進(jìn)行量子“模擬”。這個(gè)全息蟲洞成功地將量子態(tài)通過蟲洞，由一個(gè)量子系統(tǒng)傳遞到了另一個(gè)量子系統(tǒng)。

如果我們想象中可以時(shí)空旅行的蟲洞叫作“時(shí)空蟲洞”的話，量子態(tài)的量子蟲洞則可以稱之為“微型蟲洞”。

那么，研究量子蟲洞有什么用呢？

這是因?yàn)?，廣義相對(duì)論和量子力學(xué)雖然各自都發(fā)展了很長一段時(shí)間，但它們之間仍然有一個(gè)根本性的“沖突”——量子引力。

具體來說， “廣義相對(duì)論”描述了引力且在恒星、行星、銀河上等大尺度上都適用；而“量子力學(xué)”描述了其他3種作用在微觀尺度的基本力。這二者是否有“握手言歡”的可能？這就要看量子引力的表現(xiàn)。

物理學(xué)家們當(dāng)然想通過實(shí)驗(yàn)去檢驗(yàn)，但很遺憾，量子引力的能量與尺度，此前的實(shí)驗(yàn)室條件是無法模擬和觀測(cè)的。而這就是“全息”的用武之地，它可以幫助物理學(xué)家創(chuàng)建一個(gè)與原始系統(tǒng)相當(dāng)，但不太復(fù)雜的系統(tǒng)。這類似于用二維全息圖顯示三維圖像的細(xì)節(jié)。

03

量子蟲洞是怎么創(chuàng)造出來的？

2019年谷歌的物理學(xué)家們提出了一種實(shí)驗(yàn)假說，認(rèn)為一個(gè)在物理實(shí)驗(yàn)室中可以再造的量子態(tài)，能被解釋為在兩個(gè)黑洞之間的蟲洞中穿越的信息。

現(xiàn)在，來自谷歌、MIT、費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室和加州理工學(xué)院的科學(xué)家們，用9個(gè)量子位、1臺(tái)量子計(jì)算機(jī)模擬出了對(duì)應(yīng)的量子動(dòng)力學(xué)。在同一個(gè)量子芯片中，他們創(chuàng)建了兩個(gè)糾纏的量子系統(tǒng)，并將一個(gè)量子位放入其中一個(gè)量子系統(tǒng)。結(jié)果，他們?cè)诹硪粋€(gè)量子系統(tǒng)中觀察到了這個(gè)量子位“穿越蟲洞”而來的信息，結(jié)果符合預(yù)期的引力性質(zhì)。

這是什么意思？大家可以設(shè)想在兩組糾纏粒子之間，穿上一根電線或其它任何的物理連接，讓粒子們編碼出蟲洞的兩個(gè)口。

在這種耦合作用下，操作其中一側(cè)的粒子，會(huì)引起另一側(cè)粒子的變化。這樣就有可能在兩側(cè)粒子之間撐開一個(gè)蟲洞。

圖片來源：inqnet/A.Mueller 量子計(jì)算機(jī)的模擬顯示了信息如何通過蟲洞

盡管存在爭(zhēng)議，但是這項(xiàng)前所未有的實(shí)驗(yàn)，探索了時(shí)空以某種方式從量子信息中產(chǎn)生的可能性。隨著量子裝置的不斷改進(jìn)，錯(cuò)誤率會(huì)更低，芯片會(huì)更強(qiáng)，那么對(duì)引力現(xiàn)象的研究也會(huì)更加深入。

END

資料來源：中科院物理所、極目新聞

科技日?qǐng)?bào)、環(huán)球科學(xué)、量子位

整理：董小嫻

責(zé)編：咕嚕