量子纠缠寻找虫洞之旅 需要一种既特殊又稳定的过程或物质

2021-06-21 16:27:49

长久以来,人们都无法确定虫洞是否真实存在。不过近几年的一些研究表明,虫洞确实是可能存在的。而且,利用物理学理论便可以构造出微型虫洞。

在黑洞一词还未诞生之时,物理学家并不知道这种奇怪的天体是否真的存在。不过随着研究的深入,越来越多的证据表明黑洞确实是真实存在的天体,甚至就存在于我们生活的银河系中。

如今,广义相对论中所预言的另一种奇怪天体——虫洞,它的存在仍然难以断定。如果虫洞真的存在于我们的宇宙中,人类是否可以利用它们畅游宇宙?

寻找虫洞之旅有两大难题

早在1935年,就有人预言了虫洞的存在。但是随后的研究似乎指向了不同的答案——虫洞不太可能存在。然而,一些最新的研究为证实虫洞的产生提供了线索,而且这一过程可能比物理学家长期以来所设想的要简单得多。

虫洞的概念最早由物理学家阿尔伯特·爱因斯坦和内森·罗森提出。爱因斯坦和罗森发现,至少在理论上,黑洞的表面可能成为连接另一片空间的桥梁。后续的研究工作拓展了这一想法,但是却遇到了两个始终无法克服的难题:虫洞十分脆弱和微小,这就导致了虫洞很难被发现且很难被人类所利用。根据广义相对论,任何普通物质穿过虫洞的引力作用都会牵拉并关闭这一隧道。因此,形成稳定的虫洞需要某种额外的物质,以保持虫洞持续、稳定地开放,研究人员将其称为“奇异”物质。

此外,科学家研究发现,虫洞的形成过程依赖于一种特殊效应,这种效应使得宏观世界的旅行者无法进入虫洞。因此,研究虫洞的难点在于生成虫洞的过程和稳定虫洞的“奇异”物质不能偏离人们所熟悉的物理学理论太远。

迄今为止,科学家只能根据物理学理论构想出微观尺度的虫洞。要想“制造”出更大的虫洞,似乎还需要一种既特殊又稳定的过程或物质。

纠缠态的特殊性质带来突破性进展

2017年,虫洞研究取得了突破性进展,美国哈佛大学的高苹、丹尼尔·贾弗里斯和新泽西州普林斯顿高等研究院的阿伦·沃尔发现了一种利用量子纠缠来实现可持续开放虫洞的方法。

纠缠态的特殊性质使其可以提供维持虫洞稳定性所需的物质。而由于“纠缠”是量子物理学的标准特征,因此这一状态相对来说比较容易产生。虽然这种方法有助于稳定虫洞,但它仍然只能产生微小的虫洞。不过,这一研究启发了一系列后续研究工作,科学家可以利用这种“纠缠”来研究不同类型的物质,找到更大、更古老的黑洞。

英国杜伦大学物理学家伊克巴尔和他在英国杜伦大学的同事西蒙·罗斯在一项研究中提出了一种更加容易的方法制造虫洞——利用高—贾弗里斯—沃尔方法制造出一个大型虫洞。

他们的研究从理论上展示了黑洞周围磁场的特殊扰乱可以产生稳定的虫洞。遗憾的是,这一理论仍然只能生成微观的虫洞,而且伊克巴尔认为,这项研究几乎不可能在现实中实现。

美国普林斯顿高等研究院的物理学家胡安·马尔达西那曾于2013年指出,虫洞和量子纠缠之间存在联系,他和普林斯顿大学的阿列克谢·米列欣发现了一种可以产生大型虫洞的方法。

不过,这种方法的难点在于,充斥于宇宙中的暗物质,必须要表现出一种特定的行为,且这种行为在我们生存的宇宙中不太可能出现。

虫洞研究的热潮还未退去。虽然目前科学家还不能制造出满足人类穿越梦想的虫洞,但相关研究确实取得了一些成果。“通过研究,我们了解到,实际上利用简单的量子效应便可以制造能保持开放的虫洞。”美国布兰迪斯大学的物理学家、虫洞研究者布里安娜·格拉多—怀特说,“长期以来我们认为不可能存在的东西,最新研究结果却表明它确实可能存在。”

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