近日，科學家打造出

“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家推測可能存在的一種特殊隧道，它的兩頭連接著兩個遙遠的時空，理論上說，如果能從蟲洞的一端穿越到另一端，就能實現(xiàn)超越光速的時空旅行。

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

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，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，其實就是和黑洞具有相反性質(zhì)的特殊天體，特點是不斷往外“吐”出東西，只發(fā)射而不吸收。

一個吞噬一切，一個“吐出”一切，大家可以想象一下，如果一個黑洞恰好連上了一個白洞時會怎么樣呢？這時就會形成蟲洞（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論，在愛因斯坦的理論中，空間和時間不再是絕對的、不可變的，而是可塑的、相互依存的，且它們會受物質(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”連接了時空中兩個不同區(qū)域的通道。上世紀50年代，物理學家惠勒將這座橋命名為“蟲洞”。

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

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，先別想著穿越時空，這個蟲洞并非上述所講的引力蟲洞，而是一個量子蟲洞。

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

如果我們想象中可以時空旅行的蟲洞叫作“時空蟲洞”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？

這是因為，廣義相對論和量子力學雖然各自都發(fā)展了很長一段時間，但它們之間仍然有一個根本性的“沖突”——量子引力。

具體來說， “廣義相對論”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”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)。

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

03

量子蟲洞是怎么創(chuàng)造出來的？

2019年谷歌的物理學家們提出了一種實驗假說，認為一個在物理實驗室中可以再造的量子態(tài)，能被解釋為在兩個黑洞之間的蟲洞中穿越的信息。

現(xiàn)在，來自谷歌、MIT、費米實驗室和加州理工學院的科學家們，用9個量子位、1臺量子計算機模擬出了對應的量子動力學。在同一個量子芯片中，他們創(chuàng)建了兩個糾纏的量子系統(tǒng)，并將一個量子位放入其中一個量子系統(tǒng)。結果，他們在另一個量子系統(tǒng)中觀察到了這個量子位“穿越蟲洞”而來的信息，結果符合預期的引力性質(zhì)。

這是什么意思？大家可以設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口。

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

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

盡管存在爭議，但是這項前所未有的實驗，探索了時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，錯誤率會更低，芯片會更強，那么對引力現(xiàn)象的研究也會更加深入。

END

資料來源：中科院物理所、極目新聞

科技日報、環(huán)球科學、量子位

整理：董小嫻

責編：咕嚕