物理学者眼中的《开端》——时间循环的物理学原理( 三 )


这一发现几乎瞬间引爆了高能物理学界 。 在接下来的二十几年里 , 物理学家逐渐建立起了这种对偶更为普适的形式:规范/引力对偶 。 具体来说 , 就是如果一个现象可以被一种经典引力理论所描述 , 那么它也很可能可以被某种量子理论所描述 , 反之亦然 。 这也就意味着 , 曾经在引力领域的一些难以解决的问题 , 我们也许可以把它转移到量子的领域 , 尝试利用量子技术来解决 。 这其中就包括虫洞的制造方法 。
ER = EPR
虫洞是广义相对论的产物 。 然而 , 广义相对论并没有告诉我们虫洞是如何产生的 。 于是 , 物理学家想到了利用规范/引力对偶将这一问题转移到量子的角度去分析 。 2013 年 , 物理学家马尔达西那与合作者萨斯坎德(?Leonard Susskind, 1940–)发表了一篇论文 。 他们发现 , 与虫洞相对应的量子现象正是我们早已为之困扰了很久的量子纠缠(quantum entanglement) 。
量子纠缠可以说是量子世界里最为神秘的概念之一 , 它允许距离很远的两个粒子产生关联 , 且这种关联还不受光速这种信息传递速度的限制 。 量子纠缠是一个高度复杂而又微妙的现象 。 为了不跑题 , 我们用一个例子来带大家快速入门一下量子纠缠的基本信息 。
假设我们有两个电子 A 和 B 。 我们可以让它们处于相距很远的位置 , 远到哪怕是光都要花上好一会儿才能从 A 到 B 。 电子有一种自身的属性叫自旋(spin) 。 自旋可以有向上(spin-up)和向下(spin-down)两种选择 。 如果 A 和 B 处于最大量子纠缠状态 , 那么我们将看到一种神奇的现象:单独测量 A 或者 B 的自旋方向 , 它们都有 50% 的可能处于向上 , 也有 50% 可能处于向下;然而 , 每当A 处于向上时 , B 就处于向下;同样 , 每当A 向下 , B 就向上 , 无一例外 , 就好像它们「早就说好了」一样 。 然而 , 又有设计精巧的实验证明 , 它们其实并没有「早就说好」 。 一切都是在测量的那一瞬间决定的 。 那么现在问题来了 , B 是如何知道我们测量了 A , 又是如何获得 A 的测量结果的呢?
物理学者眼中的《开端》——时间循环的物理学原理
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图 3ER = EPR
很长一段时间以来 , 我们对此毫无头绪 。 然而 , 规范/引力对偶告诉我们 , B 很可能是通过一个藏在 A、B 身后的虫洞来维系和 A 的关联 。 这个虫洞就像是 A、B 之间的一条「捷径」 , 使得它们无需通过其它物理过程来施加对彼此的「影响」 。 这一结论被称为 ER = EPR 。 其中 , ER 指的就是爱因斯坦-罗森桥(Einstein-Rosen bridge) , 而 EPR 则是爱因斯坦(Einstein)、波多尔斯基(Podolsky)、罗森(Rosen)三人姓氏的缩写;他们于 1935 年在论文中首次提出量子纠缠的概念 , 从而 EPR 也成为了量子纠缠的代称 。
ER = EPR 原理告诉我们 , 如果我们想要制造一个虫洞 , 那么我们只需要制造量子纠缠 。 而制造量子纠缠则恰恰是当前量子物理学界的拿手好活——在各种量子通讯手段中 , 制造量子纠缠都是重要的一步 。 事实上 , 我国在此类技术上甚至早已走在世界前列(从这个角度讲 , 《开端》作为国产剧还真是相当应景) 。
超时空传送?
让我们来整理一下 , 既然制造量子纠缠就能产生虫洞 , 而我们又早已掌握了制造量子纠缠的技术 , 那岂不是说我们已经可以制造虫洞了吗?
确实是这样的 。 事实上 , 我们已经可以做到对少量的粒子进行超时空传送 。 只是量子物理学界并没有把它理解为通过虫洞来进行传送 , 而是给它赋予了一个全新的名字:量子隐形传态(quantum teleportation) 。 甚至 , 央视新闻也早已为此做过 专门的报道:

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