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“虫洞”和“瞬间移动”不是梦:都有可能靠量子纠缠实现

作者:张双南 文章来源:“中科院高能所”微信公众号 发布时间: 2018-02-26 字体:【】【】【

  科幻影视系列《星际迷航》总是在用“瞬间移动”方法,把人从一处送到另一处。这样科学吗?其实,“瞬间移动”背后的科学有可能就是量子纠缠,而量子纠缠也有可能就是虫洞的实现方法。 

  故事还是要回到爱因斯坦。爱因斯坦因为提出了光电效应理论获得了诺贝尔物理学奖,而光电效应就是证明了光的量子性,所以可以说爱因斯坦是量子力学的奠基人之一。但是,爱因斯坦一直觉得量子力学里面的不确定性有问题,他觉得量子力学不够完备。为了说明量子力学的不完备性,也是在1935年,爱因斯坦、波多尔斯基和罗森(就是在1935年和爱因斯坦一起提出虫洞理论的那个罗森)一起提出了量子纠缠的概念。根据标准的量子力学理论,两个甚至多个粒子可以处于一种被称为叠加态的状态,这种情况下每一个粒子的状态就不是独立的了,都依赖别的粒子的状态,可以说这些粒子之间发生了量子纠缠。同样是根据量子力学理论,这些粒子的叠加态和它们之间的距离没有关系。换句话说,一旦他们处于了这个叠加态,就会一直处于叠加态,一旦其中的任何一个粒子的状态被改变了,其它处于叠加态的粒子的状态立刻就会改变,不管他们相距多远都是这样。但是,狭义相对论是不允许瞬时传递信息的,这不就产生了矛盾了吗? 

  爱因斯坦他们觉得这样就从逻辑上把量子力学驳倒了。但是尽管爱因斯坦他们说的很有道理,但是有道理不一定就是正确的,因为科学是需要实证的。于是很多科学家都用实验来验证量子纠缠是否成立,但是非常出乎预料的是,爱因斯坦他们说的竟然就发生了,即使处于叠加态的粒子相距上千公里,它们仍然是不离不弃地处于原来的叠加态!目前,量子纠缠现象的空间最大距离的记录是我国杰出的物理学家潘建伟所率领的团队,利用中国的量子卫星实现的。 

  原则上,利用量子纠缠就有可能实现“瞬间移动”。比如,先造出一对处于叠加态的粒子,把其中的一个送到遥远的地方,另外一个留在原地。然后让留在原地的那个粒子和一个新的粒子发生作用,作用的结果就是原来的粒子的状态发生了改变,那么远处的那个粒子的状态必须瞬时改变。如果实验设计的恰当,就可以让远处的那个粒子改变了状态之后和这个新的粒子的原始状态一致,那么就相当于把这个新的粒子瞬时传递到了远处,学术界称为量子隐形传态,因为传递的是粒子的状态,并不是粒子本身!这件事也早就被实验验证了,而且也在中国的量子卫星上实现了。既然所有的物质都是由粒子组成的,只要把一个物体的所有的粒子的性质都传递过去,就相当于把这个物体“瞬间移动”过去了。当然用这种办法代价非常昂贵,且不说传递了所有的粒子之后能否重新组装成原来一模一样的物体,而且因为每传送一个粒子,就得先制备一对处于叠加态的粒子,需要把其中的一个先送到远方,所以这个技术目前并没有实用性。 

  但是,既然原理是可行的,也许未来科学家能够找到实用的办法进行“瞬间移动”呢?假如未来真的能够实现“瞬间移动”,那岂不是就实现了同样是1935年爱因斯坦他们提出的虫洞了?所以,目前有些科学家认为,虫洞背后的物理机制也许就是量子纠缠,而量子纠缠很可能就是时空的本源!是不是很好玩? 

  (原标题:量子纠缠,能带我们实现瞬间移动吗?)