虫洞是什么?
我们真的能用它穿越时空吗?
今天一起了解虫洞
01虫洞?是虫子住的洞吗?
宇宙中的虫洞是科学家推测可能存在的一种特殊隧道,它的两头连接着两个遥远的时空,理论上说,如果能从虫洞的一端穿越到另一端,就能实现超越光速的时空旅行。
电影《星际穿越》中结尾主角就是进入了虫洞,发生了时空穿越。感兴趣的同学可以去看看哦!
图源:截图 电影星际穿越中的画面
要理解虫洞,我们首先要理解“黑洞”和“白洞”。在霍金的两大科普著作《时间简史》《果壳中的宇宙》的帮助下,黑洞这一概念早已深入人心。它是在恒心死亡时,由于体积收缩,密度变大,获得使光也无法逃脱的巨大密度的一种天体。而所谓白洞,其实就是和黑洞具有相反性质的特殊天体,特点是不断往外“吐”出东西,只发射而不吸收。
一个吞噬一切,一个“吐出”一切,大家可以想象一下,如果一个黑洞恰好连上了一个白洞时会怎么样呢?这时就会形成虫洞(worm hole)。
图源:中科院理论物理研究所 虫洞示意图
1915年,爱因斯坦提出了广义相对论,在爱因斯坦的理论中,空间和时间不再是绝对的、不可变的,而是可塑的、相互依存的,且它们会受物质存在的影响。1935年,爱因斯坦和他的助手罗森在广义相对论的框架下研究黑洞,首次提出“爱因斯坦-罗森桥”的概念,这座“桥”连接了时空中两个不同区域的通道。上世纪50年代,物理学家惠勒将这座桥命名为“虫洞”。
这听起来是不是很令人心动?进入虫洞,你可能会出现在宇宙的任意一个角落,甚至穿越时空,改写你的人生,重新选择你曾经后悔的事。然而,虽然广义相对论允许虫洞的存在,物理学家还从未在宇宙中观测到虫洞,目前只有黑洞被人类实际观测。
02量子虫洞又是啥?
虽然我们还没有在宇宙中发现虫洞,但现在科学家们创造出了虫洞,还观察到了信息在虫洞之间传递的现象。不过,先别想着穿越时空,这个虫洞并非上述所讲的引力虫洞,而是一个量子虫洞。
日前,英国《自然》(Nature)杂志发表的一篇论文首次报道了利用一台量子处理器对全息虫洞进行量子“模拟”。这个全息虫洞成功地将量子态通过虫洞,由一个量子系统传递到了另一个量子系统。
如果我们想象中可以时空旅行的虫洞叫作“时空虫洞”的话,量子态的量子虫洞则可以称之为“微型虫洞”。
那么,研究量子虫洞有什么用呢?
这是因为,广义相对论和量子力学虽然各自都发展了很长一段时间,但它们之间仍然有一个根本性的“冲突”——量子引力。
具体来说, “广义相对论”描述了引力且在恒星、行星、银河上等大尺度上都适用;而“量子力学”描述了其他3种作用在微观尺度的基本力。这二者是否有“握手言欢”的可能?这就要看量子引力的表现。
物理学家们当然想通过实验去检验,但很遗憾,量子引力的能量与尺度,此前的实验室条件是无法模拟和观测的。而这就是“全息”的用武之地,它可以帮助物理学家创建一个与原始系统相当,但不太复杂的系统。这类似于用二维全息图显示三维图像的细节。
03量子虫洞是怎么创造出来的?
2019年谷歌的物理学家们提出了一种实验假说,认为一个在物理实验室中可以再造的量子态,能被解释为在两个黑洞之间的虫洞中穿越的信息。
现在,来自谷歌、MIT、费米实验室和加州理工学院的科学家们,用9个量子位、1台量子计算机模拟出了对应的量子动力学。在同一个量子芯片中,他们创建了两个纠缠的量子系统,并将一个量子位放入其中一个量子系统。结果,他们在另一个量子系统中观察到了这个量子位“穿越虫洞”而来的信息,结果符合预期的引力性质。
这是什么意思?大家可以设想在两组纠缠粒子之间,穿上一根电线或其它任何的物理连接,让粒子们编码出虫洞的两个口。
在这种耦合作用下,操作其中一侧的粒子,会引起另一侧粒子的变化。这样就有可能在两侧粒子之间撑开一个虫洞。
图片来源:inqnet/A.Mueller 量子计算机的模拟显示了信息如何通过虫洞
尽管存在争议,但是这项前所未有的实验,探索了时空以某种方式从量子信息中产生的可能性。随着量子装置的不断改进,错误率会更低,芯片会更强,那么对引力现象的研究也会更加深入。
END
资料来源:中科院物理所、极目新闻、科技日报、环球科学、量子位
整理:董小娴
光明文化周末:母亲的厨房******
作者:李秀萍
冬日,乡下人家的厨房,烧火做饭的热气和寒气交融在一起,雾气缭绕。清晨,我在睡眼惺忪之时听到锅碗瓢盆相互触碰的声响,就知道母亲已经在厨房的一片雾气中准备早饭了。
我们家的厨房是母亲的厨房。母亲似乎永远都精力充沛地在厨房里忙碌着,为全家人准备一日三餐。她的厨艺谈不上精湛,但她总是力所能及地满足着全家人的口腹之欲。我品尝过天南海北的许多美食,但偏偏钟情于寻常食物——母亲蒸的馒头,烙的油饼。
母亲蒸的白面馒头特别好吃,尤其是刚出锅的。母亲迅捷地揭开锅盖,馒头便赫然呈现在眼前,白白胖胖,热气腾腾。她捡出热馒头,双手来回倒换着放在小篮筐里。我忍不住抓起一个放到嘴里,嚼起来面香浓郁。一些馒头下面没有屉布,面团膨胀时直接穿过蒸笼的小孔,出锅后馒头下面便有了很多小凸起。我就喜欢吃小凸起,挨个揪着吃。
母亲烙饼时我爱到厨房帮忙——帮着往灶膛里添柴。柴不能随便添,玉米秸秆或是稻草秸秆要轮换着添,还要控制好数量,以保证大铁锅温度适宜。母亲烙饼我添柴,我配合得恰到好处。新出锅的油饼让我垂涎,油汪汪,香喷喷,既酥脆又松软。母亲烙饼的手艺在亲戚中是出了名的,但她还是会问我好不好吃,我嘴巴忙着吞咽,顾不上说话,只能点头。
小时候最喜欢除夕那天厨房里煎炒烹炸、热气腾腾的景象。平时不下厨的父亲登台亮相,一展身手。香气透过门缝飘出来,我和弟弟悄悄溜进厨房,看见父亲手拿一把勺子,动作夸张地翻炒着,锅里腾起一股油烟。母亲在灶下添柴,不时地递酱油,递白糖,递醋,递盐……两人呼来唤去,又转来转去,厨房里仿佛有千军万马的喧嚣。弟弟馋得厉害,不时询问什么时候开饭。
雏鸟终会长大,在广阔的天地间独自飞翔。我和弟弟也有了自己的家,自己的生活。从此,母亲的厨房沉寂了许多。只有节假日时,全家齐聚一堂,厨房里才会重现昔日生机勃勃的景象:大铁锅里炖着肉,电磁炉上煨着汤,煤气灶上炒着菜。我们在厨房里各自施展厨艺,母亲在一旁看着,时不时地告诉我们各种调料的位置。她心里应该很快乐吧。我从年少到现在,母亲和我说的许多话——那些鼓励的话、劝慰的话,大多是在厨房里我们一起做饭时说的。
后来,母亲在我家帮我看护孩子多年,于是,我家的厨房也成了母亲的厨房。母亲识字不多,但并不缺少生活智慧,说话做事讲究分寸,她通常征求我们的意见为孩子准备食物,也为我们准备可口的饭菜。有时下班晚了,疲惫不堪,饥肠辘辘,在昏黄的暮色中,望见家里的厨房亮着灯,便不由得加快了脚步。待我推开家门,厨房里正飘出饭菜的香气,还未等我坐定,母亲已经把饭菜摆在了餐桌上。
母亲从一个厨房辗转到另一个厨房,交付了全身心的热忱,使得她常常忘记自己,也从不觉得单调乏味。她把厨房当作自己的道场,演绎着她的情感与责任,她只希望她的孩子们能够积蓄力量,如鸟儿般从地面一跃而起,翱翔在生活之上。母亲的生活是简单的,又是丰富的;是狭窄的,又是辽阔的。
《光明日报》( 2023年01月06日 15版)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)