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时空穿越不再是梦？科学家成功模拟“全息虫洞”！******

　　近日，科学家打造出

　　“全息虫洞”的消息冲上热搜

　　引发了大家的讨论

　　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

三体母星半人马座阿尔法星 为何受到科幻题材作品热捧？******

　　“三体”运动有没有解？这是科幻小说《三体》一开始就引入思考的问题。随着电视剧《三体》剧情推进，将展示一个距离地球4光年外有高等智慧生命存在的星系，一颗经历了无数次毁灭与重生、在三颗无规律运动“太阳”的包围下艰难存在的星球，它被称为“三体星”。

　　现实世界的“三体”真实存在，并很早就为人类所熟悉，那就是距离我们最近的恒星系统——半人马座阿尔法星，这不仅是刘慈欣《三体》的原型，也是卡梅隆《阿凡达》中巨大气态行星“波吕斐摩斯”及其炎热的卫星“潘多拉”的灵感来源。此外，在《流浪地球》中，地球“流浪”的目的地，也是半人马座。

　　在不少文学、影视和其他文艺形式幻想中，半人马座阿尔法星都是“宠儿”一般的存在，它有着怎样的魅力和光环，让这么多顶级的作者倾慕于它？

　　三颗“太阳”包围的世界

　　距太阳系最近的恒星系统

　　半人马座阿尔法星是一个三星系统，也是距离太阳最近的恒星系统。科学家们将这三颗星分别命名为半人马座阿尔法星A、半人马座阿尔法星B以及比邻星。比邻星，顾名思义，就是离我们最近的一颗恒星，距离太阳系4.22光年。

　　在这个三星系统里的另外两颗恒星，距离我们则相对较远。在《阿凡达》中，故事发生的“波吕斐摩斯”星就是围绕半人马座阿尔法星A运转，是一颗巨型气体行星，类似于太阳系的木星。而“潘多拉”则是围绕“波吕斐摩斯”的卫星。

　　但是早在2008年，国外科学家就通过观测，排除了半人马座阿尔法星附近有类似木星或土星大小的行星存在的可能性。同时，也与《三体》中描述的无规律三星运行不同，半人马座阿尔法星的三颗恒星，是一个能够预测轨迹的相对简单的系统。

　　为何幻想题材总是把目光聚焦于此，这可能和我们对这个“邻居”的密切研究有关。因为离得近，获得的科学信息就显得更加可靠。早期的天文研究就发现，半人马座阿尔法星极有可能孕育生命。

　　因此，带着对地外文明的渴求，越来越多的科学研究将目光投于此星系。在2016年，科学家们在比邻星的周围发现了一颗类地行星——比邻星b，它处于恒星系统的宜居带，大小与地球相似，上面极有可能拥有液态水，一些乐观的科学家们甚至还怀疑上面有生命存在。

　　比邻星b的发现可以说是振奋人心的突破性发现，因为它距离我们相对很近。这意味着在可预见的未来，我们是有能力发射探测器前往这颗星球的，人类可以勘测这颗星球表面是否有液态水甚至生命的存在。而比邻星自身也是一颗相对稳定的“太阳”，作为一颗红矮星，它正处于“太阳”的青年时期，在没有意外的情况下其寿命要大于太阳。

　　霍金曾提“突破摄星”计划

　　有望20年飞抵比邻星

　　对于比邻星的探索，人类早已不只停留在理论。尤其当它离我们相对其他星系更近，在要“凑过去”看一看的好奇心驱使下，让我们的科学不断前进。

　　2016年4月，科学家霍金宣布启动一项名为“突破摄星”的星际计划，他同时也在微博上和网友进行了交流，而这项计划，正是通过发射宇宙探测器冲出太阳系，将人类的视野带往离我们最近的半人马座阿尔法星。

　　这个计划一经公布，令全球民众感到振奋。但就目前最新消息来看，“突破摄星”依然还停留在理论研究阶段，在工程实现上，还存在很多风险因素。

　　简单来说，“突破摄星”计划，是利用“纳米飞行器”，在短短几分钟内加速到光速的五分之一，即每秒飞行6万公里。这样，只需要二三十年的时间，人类飞行器就能到达比邻星。但是在此以前，人类历史上最快的飞行器，每秒大约只能飞行20公里。

　　如何让“纳米飞行器”升空？如何让它以光速的五分之一持续飞行？又如何保证在漫长的20年星际旅途中规避太空风险？这些问题在理论上已得到突破，但在现实工程领域，还有漫长的道路要走。

　　目前，有消息称，科学家计划在2060年实现这一计划，真正冲出太阳系。

　　华西都市报-封面新闻记者 徐语杨

　　(《华西都市报》 2023年01月19日  A16)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）