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科幻电影《星际穿越》中 , 主人公通过穿越虫洞在瞬间到达了数千光年外的另一个星系 , 并在那里找到了新的家园 , 甚至还在途中与另外一个时空的自己实现了交流 。
【科幻变成现实:谷歌量子计算机悬铃木,成功实施了量子虫洞实验】
不过电影中的虫洞并非自然产生的 , 而是高维生物为了帮助人类放置在那里的 , 回到现实 , 人类至今还没有观测到宇宙中虫洞的痕迹 , 那么虫洞真的存在吗?
假如我们制造出了虫洞 , 它是否能让人穿越时空?
为了探寻虫洞的奥秘 , 美国能源部科学办公室基础物理量子通信的首席研究员玛丽亚.斯皮罗普卢带领它的团队与谷歌公司展开合作 , 在QCCEP项目的赞助下利用谷歌公司旗下的量子计算机“悬铃木”首次实现了虫洞的实验:他们通过量子计算机构建出了“虫洞” , 在虫洞通道中进行了量子纠缠态的空间传送 。
1916年 , 奥地利物理学家Ludwig Flamm首次提出了虫洞的概念 , 1930年 , 艾琳斯特和罗森在研究引力场方程时得出了虫洞的解 , 因此虫洞又被称为“爱因斯坦-罗森桥” , 它像宇宙中的一条捷径 , 物体可以在这条通道中在瞬间进行空间转移 。
在了解虫洞之前 , 我们必须先熟悉黑洞和白洞 , 黑洞相信大家已经耳熟能详了 , 简单的从物理性质上说 , 黑洞的本质就是一个天体 , 我们的太阳和地球也都同属于天体 , 只不过黑洞的质量和密度都非常大 。
根据万有引力定律 , 物体的引力和质量成正比 , 所以黑洞的引力也相当大 , 以至于扭曲了周围的时空 。 这就进一步导致黑洞表面的逃逸速度也非常高:每秒大于30万公里 , 即光速 。
根据爱因斯坦的广义相对论 , 任何有质量的物体都无法达到或超越光速 , 所以任何进入黑洞视界的物体 , 都毫无例外的会被黑洞吞噬 , 成为黑洞的一部分 。
而白洞则是一个和黑洞性质截然相反的物体:黑洞吞噬万物 , 白洞却把万物从天体中释放出来 , 如果说黑洞是吸引力 , 那么白洞就是排斥力 。
黑洞吞噬的物体都去了哪?
而白洞喷发的物质又从何而来?
这时虫洞就要登场了 , 虫洞在其中扮演了通道的角色 , 黑洞吞噬物质后穿过虫洞最后由白洞释放出来 。
此前的研究显示 , 虫洞可能和量子纠缠之间存在着某种关联 , 量子纠缠属于一种物理现象:两个彼此有纠缠关系的量子 , 无论相距有多远 , 都能在瞬时对另一个粒子的行为作出反应 , 时间和距离则在发生纠缠时被隐去了一样 。
而虫洞则和量子纠缠具有许多相似性 , 它们都可以无视距离 。
2013年 , 来自哈佛大学的丹尼尔.杰夫斯教授提出了一个想法 , 或许可以通过推测的对偶性 , 经由调整纠缠模式来设计特定的虫洞 , 即在两组具有纠缠的粒子之间 , 穿上一个电线或其他的物理连接 , 让粒子编码出像虫洞的两个口 。
在这样的耦合作用下 , 操作其中一个粒子 , 就能引起另一个粒子的变化 , 从而有可能在两个粒子之间撑开一个虫洞 , 2016年时 , 杰夫斯和他的学生完成了这个实验 , 并且计算得出在两组耦合纠缠粒子中 , 当左侧的粒子执行操作时 , 对偶高纬时空图像中就会打开通往右侧的虫洞口 , 从而使一个量子位从中通过 。
爱因斯坦在广义相对论中认为 , 如果正负能量波动平衡 , 那么就没有东西可以穿过虫洞 , 但如果存在一种负能量冲击波 , 那么就有希望将虫洞撑开 , 从而实现穿越 。
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