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
夯实国内基本盘,打造内需新动力******
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【任晓刚:夯实国内基本盘,打造内需新动力】
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摘编自《光明日报》
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摘编自《人民日报》
【包晓斌:推进农业绿色发展,助力实现农业现代化】中国社会科学院习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心特约研究员、农村发展研究所研究员包晓斌认为,全面推进农业绿色发展是实现农业现代化的题中应有之义。我们要牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,加快发展方式绿色转型,健全资源环境要素市场化配置体系,推动形成绿色低碳的生产方式,发展绿色低碳产业,增加绿色优质农产品供给,实现保供给、保收入、保生态的协调统一。一是要健全农业绿色生产体系。不仅要建立健全绿色农业标准体系,推动绿色生产科技创新,加强绿色生产技术研发与推广,以控肥控药、作物育种、产地环境修复等为重点,开展农业绿色生产技术攻关。还要落实农业绿色生产的支持政策。坚持以农民主体、市场主导、政府依法监管为基本遵循,调动广大农民参与绿色发展的积极性。二是要优化农业空间布局。围绕解决空间布局上资源错配和供给错位的结构性矛盾,努力建立反映市场供求与资源稀缺程度的农业生产力布局,鼓励因地制宜、就地生产、就近供应。立足区域资源禀赋和比较优势,坚持保护生态优先,发展优势产业。合理调整种植业和养殖业结构。三是要增加优质农产品供给。一方面加强农产品供应链体系建设,统筹推动农产品精深加工与初加工、综合利用加工协调发展,提高流通效率,降低经营成本。另一方面加强农产品数字化信息建设。
摘编自《经济日报》
【庞丽娟、杨小敏:铸牢减贫意识,进一步深化教育扶贫】北京师范大学中国教育政策研究院庞丽娟、杨小敏表示,教育作为国家脱贫攻坚的重要内容和治本之策,发挥了“扶智”“扶志”的重要作用。放眼未来,为实现第二个百年奋斗目标,巩固脱贫攻坚成果,防止返贫和新增贫困,促进全体人民共同富裕道路上的持续减贫,我们仍需铸牢减贫意识,进一步深化教育扶贫,并不断赋予其新的时代内涵。首先,教育扶贫的实质在于通过对人的培养,着力于对人各方面的内在动机激发和外在行动赋能,使个体获得在现代社会求生存、助立足、谋发展的本领,有效摆脱贫困,进而从根本上消除群体化贫困和社会性贫困。运行机制上,教育扶贫过程表现为两个方面:一方面,将教育纳入扶贫开发、脱贫攻坚等内容,保障儿童接受基本教育的需要和基本权利。另一方面,通过职业技能与综合素养培训服务及相关资源的支持,助力各类对象面向劳动力市场“能就业”“就好业”或再就业与创业,由此助推个体和家庭有维持生活发展的稳定收入,实现脱贫。其次,要正视发展性贫困。教育扶贫要服务于持久地解决相对贫困和发展性贫困,服务和贡献于国家新的扶贫开发和持续减贫,为推进共同富裕、建设社会主义现代化强国作出贡献。最后,要深化教育的根本性作用。立足国家发展战略,推动人力资本的精准与深度开发;立足人的全面发展,提升人人追求美好生活的能力;立足推进区域发展,助力经济与社会全面转型升级;立足社会和谐稳定,推进社会收入分配结构的优化。深化教育扶贫,服务持续减贫,要牢牢坚持教育优先发展战略不动摇,举全党全国全社会之合力加快推进教育向更高水平发展,从而系统、深刻地提升教育体系服务持续减贫的能力。
摘编自《中国教育报》
(光明网记者 王晓秋整理)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)