量子糾纏讓蟲洞從科幻走向現實
來源:科技日報
發布時間:2021-08-02
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  天聞頻道

  長久以來,人們(men) 都無法確定蟲洞是否真實存在。不過近幾年的一些研究表明,蟲洞確實是可能存在的。而且,利用物理學理論便可以構造出微型蟲洞。

  在黑洞一詞還未誕生之時,物理學家並不知道這種奇怪的天體(ti) 是否真的存在。不過隨著研究的深入,越來越多的證據表明黑洞確實是真實存在的天體(ti) ,甚至就存在於(yu) 我們(men) 生活的銀河係中。

  如今,廣義(yi) 相對論中所預言的另一種奇怪天體(ti) ——蟲洞,它的存在仍然難以斷定。如果蟲洞真的存在於(yu) 我們(men) 的宇宙中,人類是否可以利用它們(men) 暢遊宇宙?

  尋找蟲洞之旅有兩(liang) 大難題

  早在1935年,就有人預言了蟲洞的存在。但是隨後的研究似乎指向了不同的答案——蟲洞不太可能存在。然而,一些最新的研究為(wei) 證實蟲洞的產(chan) 生提供了線索,而且這一過程可能比物理學家長期以來所設想的要簡單得多。

  蟲洞的概念最早由物理學家阿爾伯特·愛因斯坦和內(nei) 森·羅森提出。愛因斯坦和羅森發現,至少在理論上,黑洞的表麵可能成為(wei) 連接另一片空間的橋梁。後續的研究工作拓展了這一想法,但是卻遇到了兩(liang) 個(ge) 始終無法克服的難題:蟲洞十分脆弱和微小,這就導致了蟲洞很難被發現且很難被人類所利用。根據廣義(yi) 相對論,任何普通物質穿過蟲洞的引力作用都會(hui) 牽拉並關(guan) 閉這一隧道。因此,形成穩定的蟲洞需要某種額外的物質,以保持蟲洞持續、穩定地開放,研究人員將其稱為(wei) “奇異”物質。

  此外,科學家研究發現,蟲洞的形成過程依賴於(yu) 一種特殊效應,這種效應使得宏觀世界的旅行者無法進入蟲洞。因此,研究蟲洞的難點在於(yu) 生成蟲洞的過程和穩定蟲洞的“奇異”物質不能偏離人們(men) 所熟悉的物理學理論太遠。

  迄今為(wei) 止,科學家隻能根據物理學理論構想出微觀尺度的蟲洞。要想“製造”出更大的蟲洞,似乎還需要一種既特殊又穩定的過程或物質。

  糾纏態的特殊性質帶來突破性進展

  2017年,蟲洞研究取得了突破性進展,美國哈佛大學的高蘋、丹尼爾·賈弗裏斯和新澤西州普林斯頓高等研究院的阿倫(lun) ·沃爾發現了一種利用量子糾纏來實現可持續開放蟲洞的方法。

  糾纏態的特殊性質使其可以提供維持蟲洞穩定性所需的物質。而由於(yu) “糾纏”是量子物理學的標準特征,因此這一狀態相對來說比較容易產(chan) 生。雖然這種方法有助於(yu) 穩定蟲洞,但它仍然隻能產(chan) 生微小的蟲洞。不過,這一研究啟發了一係列後續研究工作,科學家可以利用這種“糾纏”來研究不同類型的物質,找到更大、更古老的黑洞。

  英國杜倫(lun) 大學物理學家伊克巴爾和他在英國杜倫(lun) 大學的同事西蒙·羅斯在一項研究中提出了一種更加容易的方法製造蟲洞——利用高—賈弗裏斯—沃爾方法製造出一個(ge) 大型蟲洞。

  他們(men) 的研究從(cong) 理論上展示了黑洞周圍磁場的特殊擾亂(luan) 可以產(chan) 生穩定的蟲洞。遺憾的是,這一理論仍然隻能生成微觀的蟲洞,而且伊克巴爾認為(wei) ,這項研究幾乎不可能在現實中實現。

  美國普林斯頓高等研究院的物理學家胡安·馬爾達西那曾於(yu) 2013年指出,蟲洞和量子糾纏之間存在聯係,他和普林斯頓大學的阿列克謝·米列欣發現了一種可以產(chan) 生大型蟲洞的方法。

  不過,這種方法的難點在於(yu) ,充斥於(yu) 宇宙中的暗物質,必須要表現出一種特定的行為(wei) ,且這種行為(wei) 在我們(men) 生存的宇宙中不太可能出現。

  蟲洞研究的熱潮還未退去。雖然目前科學家還不能製造出滿足人類穿越夢想的蟲洞,但相關(guan) 研究確實取得了一些成果。“通過研究,我們(men) 了解到,實際上利用簡單的量子效應便可以製造能保持開放的蟲洞。”美國布蘭(lan) 迪斯大學的物理學家、蟲洞研究者布裏安娜·格拉多—懷特說,“長期以來我們(men) 認為(wei) 不可能存在的東(dong) 西,最新研究結果卻表明它確實可能存在。”


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