前段時(shí)間，有一個(gè)物理新聞轟動(dòng)全網(wǎng)：物理學(xué)家在量子計(jì)算機(jī)中創(chuàng)造了一個(gè)蟲(chóng)洞，這是怎么回事呢？
目前，物理學(xué)有兩大支柱來(lái)描述所有可觀察到的現(xiàn)象。一個(gè)是普朗克、薛定諤、玻爾等人開(kāi)創(chuàng)的量子力學(xué)，另一個(gè)是由愛(ài)因斯坦獨(dú)自一人開(kāi)創(chuàng)的廣義相對(duì)論。這兩種理論在它們的兩個(gè)領(lǐng)域都非常有效，它們做出可以驗(yàn)證的預(yù)測(cè)，并且?guī)缀跬ㄟ^(guò)了我們對(duì)他們提出的所有測(cè)試。
但是，100 多年后，這兩種理論仍然存在一個(gè)根本性的問(wèn)題，那就是它們之間缺乏兼容性。當(dāng)我們?cè)噲D將廣義相對(duì)論納入量子力學(xué)模型時(shí)，我們得到了無(wú)窮大。物理學(xué)的圣杯是將這兩個(gè)領(lǐng)域統(tǒng)一到類(lèi)似于量子引力理論的東西中，但我們目前還沒(méi)有做到。愛(ài)因斯坦本人也一直在追求著這個(gè)圣杯，直到他生命的最后幾天，他都還在研究統(tǒng)一的想法。
事實(shí)上，他與他的合作者內(nèi)森?羅森一起，試圖創(chuàng)建這種統(tǒng)一的量子引力理論，并發(fā)表了現(xiàn)在稱(chēng)為“ER”的論文。他們一起開(kāi)發(fā)了一種稱(chēng)為愛(ài)因斯坦-羅森橋 (ER) 的特定類(lèi)型蟲(chóng)洞的概念：由于理論奇點(diǎn)出現(xiàn)在時(shí)空中心而在時(shí)空結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一種洞的東西，如果在空間的其他地方也有同樣的結(jié)構(gòu)，它們就可以連接起來(lái)，這樣就不再有奇點(diǎn)了，而是一個(gè)連接兩個(gè)時(shí)空的管子，這就是蟲(chóng)洞。
現(xiàn)在碰巧的是，就在發(fā)表這篇論文之前，愛(ài)因斯坦、羅森和另一位名叫鮑里斯?波多爾斯基的合作者發(fā)表了所謂的 EPR 論文。他們?cè)谡撐闹姓J(rèn)為量子力學(xué)是不完整的，因?yàn)榇嬖谝环N叫做量子糾纏的東西。在這種現(xiàn)象中，一對(duì)粒子可以以它們的量子態(tài)相互關(guān)聯(lián)的方式產(chǎn)生，因此測(cè)量一個(gè)粒子的自旋的行為會(huì)立即確定其糾纏對(duì)的自旋，無(wú)論它們相距多遠(yuǎn)。而 EPR 論文認(rèn)為這是不可能的，因?yàn)樗枰裙馑俑斓男畔鬏?，從而打破因果關(guān)系。
現(xiàn)在有趣的地方來(lái)了，如果 ER 論文中的蟲(chóng)洞和 EPR 論文中的糾纏現(xiàn)象在理論上是相關(guān)的呢？如果兩個(gè)相距很遠(yuǎn)的糾纏粒子通過(guò)蟲(chóng)洞緊密相連，信息可以通過(guò)蟲(chóng)洞立即在時(shí)空中傳輸，那會(huì)怎樣呢？1997 年，物理學(xué)家胡安?馬爾達(dá)西那表明，包含兩組糾纏粒子的系統(tǒng)在數(shù)學(xué)上等同于通過(guò)蟲(chóng)洞連接的兩個(gè)黑洞。2013 年，胡安?馬爾達(dá)西那與物理學(xué)家萊昂納特?薩斯坎德一起提出了 ER= EPR 猜想。
基本上，他們認(rèn)為 ER 論文描述的蟲(chóng)洞物理學(xué)等同于 EPR 論文描述的糾纏物理學(xué)。換句話(huà)說(shuō)，猜想是糾纏粒子通過(guò)蟲(chóng)洞連接起來(lái)。因此，通過(guò)創(chuàng)建糾纏粒子的配置，我們也創(chuàng)建了類(lèi)似于蟲(chóng)洞的東西。這是那篇聲稱(chēng)使用量子計(jì)算機(jī)在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)建蟲(chóng)洞的論文的基礎(chǔ)。這并不意味著論文作者在時(shí)空中創(chuàng)造了一個(gè)物理蟲(chóng)洞，而是使用量子計(jì)算機(jī)在時(shí)空中操縱了量子糾纏粒子，模擬了蟲(chóng)洞的行為。
那么現(xiàn)在，讓我們看看這個(gè)實(shí)驗(yàn)是如何完成的？根據(jù)廣義相對(duì)論，當(dāng)任何具有質(zhì)量或能量的物體被引入蟲(chóng)洞時(shí)，它的引力效應(yīng)會(huì)立即將其關(guān)閉。為了保持蟲(chóng)洞開(kāi)放和可穿越，需要某種形式的負(fù)能量或負(fù)質(zhì)量，來(lái)提供一種抵抗蟲(chóng)洞坍縮的力，以保持蟲(chóng)洞開(kāi)放。
負(fù)能量或質(zhì)量在經(jīng)典力學(xué)中是不可能的，但在我們的量子系統(tǒng)中情況并非如此。通過(guò)操縱電場(chǎng)改變量子位的自旋方向，可以在系統(tǒng)中模擬負(fù)能量。因此，傳播的電場(chǎng)可以使糾纏粒子之間的量子蟲(chóng)洞保持打開(kāi)狀態(tài)，模擬空間中保持真實(shí)蟲(chóng)洞打開(kāi)所需的負(fù)質(zhì)量效應(yīng) 。
所以，科研團(tuán)隊(duì)所需要的只是一種可以設(shè)置和操縱糾纏粒子的方法，這就是量子計(jì)算機(jī)的用武之地。研究人員在量子系統(tǒng)的兩側(cè)之間創(chuàng)建了一種糾纏態(tài)，模擬了一個(gè)由粒子組成的蟲(chóng)洞。一組粒子充當(dāng)蟲(chóng)洞的入口，另一組粒子充當(dāng)蟲(chóng)洞的出口。然后讓信息從蟲(chóng)洞入口進(jìn)入，測(cè)量到信息從出口而出，這表明模擬了可穿越蟲(chóng)洞的物理學(xué)。
那么，這是否意味著我們有朝一日可以穿越時(shí)空中真正的蟲(chóng)洞，從一個(gè)地方到另一個(gè)地方？請(qǐng)記住，這是蟲(chóng)洞的量子力學(xué)模擬，而不是時(shí)空中的真實(shí)蟲(chóng)洞。它們只是在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的，今天真正的蟲(chóng)洞仍然是一個(gè)幻想。
本文來(lái)自微信公眾號(hào)：萬(wàn)象經(jīng)驗(yàn) （ID：UR4351），作者：Eugene Wang
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