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
赵光辉:多措并举培育战略人才,加快实现科技自立自强******
本期光明网理论学术动态导读关注新中国史研究、战略人才、党的思想建设、扩大内需、乡村振兴等话题,欢迎网友踊跃参与讨论。
【李正华:新中国史研究助力凝聚团结奋斗的精神力量】
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摘编自《光明日报》
【赵光辉:多措并举培育战略人才,加快实现科技自立自强】
贵州新发展理念与多党合作高端智库研究员、贵州财经大学公共管理学院教授赵光辉指出,战略人才站在国际科技前沿、引领科技自主创新、承担国家战略科技任务,是支撑我国高水平科技自立自强的重要力量。我们要把建设战略人才力量作为重中之重来抓,完善高水平人才培养体系,推动“政产学研用”深度融合,努力培养造就一大批核心技术人才,把优秀人才集聚到各项发展事业中来。一方面,高校要当好人才的“摇篮”。推进高校和科研院所科教深度融合,不断强化基础研究,发挥高校和科研院所培养基础研究人才的重要作用,完善科教融合育人机制;推进高校和科研院所产教深度融合,推动企业设立工作站、校企研发中心等,将科技资源、“校内+校外”产学研转化成果转变为教学资源。另一方面,企业要成为人才的“蓄水池”。企业要不断深化产学研协同育人机制,建立科学的关键核心技术领域人才“选育管用”机制,可依托国家自然科学基金等平台,不断创新人才培育培训方式,开展技能提升行动、知识更新工程;企业要发挥“出题者”作用,探索建立“研发基地—孵化器—加速器—产业园”的科研成果转化链条,当好项目的决策者和组织者。同时,营造良好的制度环境。要制定相关政策法规,建立健全以创新能力、质量、贡献为导向的科技人才评价体系,制定合理的科技人才培养计划;要全方位培养引进用好人才,建立跨界融合创新平台,实施“项目+人才”“平台+人才”等模式,为各类人才搭建干事创业的平台,构建充分体现知识、技术等创新要素价值的收益分配机制。
摘编自《经济日报》
【王孟秋:加强党的思想建设,用党的创新理论武装全党】
中宣部《党建》杂志社编辑王孟秋表示,思想建设是党的基础性建设,用党的创新理论武装全党是党的思想建设的根本任务,必须久久为功、常抓不懈。一方面,紧扣最新理论成果,解决好用什么武装的问题。习近平新时代中国特色社会主义思想具有强大真理力量和实践伟力,全面建设社会主义现代化国家前途光明、任重道远,必须坚持用习近平新时代中国特色社会主义思想武装全党、教育人民,把习近平新时代中国特色社会主义思想贯彻落实到党和国家工作各方面全过程。另一方面,注重宣传教育方式,解决好怎样武装的问题。我们必须大力弘扬马克思主义学风,不断推进理念创新、手段创新和工作创新,坚持把深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想作为理论武装的重中之重,引导各级领导干部读原著、学原文、悟原理,深刻领会其核心要义、精神实质、丰富内涵、实践要求。同时,面向党员和大众,解决好武装谁的问题。用习近平新时代中国特色社会主义思想武装全党,需要发挥领导干部的重要作用,引导他们先学一步、学深一层,通过党员干部的引领示范,教育人民、带动群众,巩固全党全国各族人民团结奋斗的共同思想基础。
摘编自《人民日报》
【陈江滢:坚定不移深化改革开放,实施扩大内需战略】
陈江滢认为,深化改革需要着力破解深层次体制机制障碍,制度型开放要求对接国际高标准经贸规则,改革和开放相互促进、相得益彰,为内需发展增添强大动力。实施扩大内需战略,必须坚定不移深化改革开放。第一,完善促进消费的体制机制。在消费类型方面,应根据行业特点放宽或取消服务消费领域的准入限制;在消费者权益保护方面,需要健全新型监管机制,建立假冒伪劣产品惩罚性巨额赔偿制度,强化重点商品和服务领域价格监管。第二,推进投融资体制改革。加大对民间投资支持和引导力度,引导民间资本参与“两新一重”和补短板领域建设;完善投资管理模式,推进投资审批制度改革,建立健全投资审批数据部门间共享机制。第三,优化营商环境。持续深化行政审批制度改革和商事制度改革,完善生产许可制度,降低市场主体制度性交易成本;健全现代产权制度,强化知识产权全链条保护,加强数据、知识、环境等领域产权制度建设。第四,推进高水平对外开放。提升贸易投资合作质量和水平,支持外资企业扩大中高端制造、高新技术、传统制造转型升级、现代服务业等领域投资;稳步扩大规则、规制、管理、标准等制度型开放,打造高水平、宽尺度、深层次的开放高地,深化自由贸易试验区改革。
摘编自《学习时报》
【黄祖辉、姜霞:以数字创新驱动乡村振兴】
浙江大学中国农村发展研究院黄祖辉、浙江树人学院管理学院姜霞指出,数字技术和平台深度嵌入农业农村发展各领域,以数字创新驱动乡村振兴,能够不断解放农村生产力,优化生产关系,提高生产效率,提升乡村治理效能。通过数字技术赋能乡村振兴,既要以数字创新驱动农业农村高质量发展和转型,又要不断弥合数字鸿沟,推进数字包容,使所有群体都能够积极参与到数字乡村建设过程中,实现物质富裕、精神富裕、生态富裕。第一,强化“数字准备”。可以考虑将数字包容纳入数字中国战略,进一步加强乡村数字网络、数字平台、数字服务的接入性、连通性,将数字乡村建设融入新型城镇化战略,有效降低网络建设、维护成本。第二,提升“数字就绪度”。普及农村数字教育,加强信息技术课程教学,开展数字技能教育或者职业教育,提供简易、易懂的互联网产品服务指南或课程,广泛开展各类型的农村在线教育。第三,推进“数字参与”。以数字创新激活农村农民发展的积极性,提升数字技术对农村经济社会发展的渗透率,有序推进农业三大体系数字化转型,以电商商业模式创新驱动产业链供应链现代化,以平台聚合有效整合数字资源。
摘编自《中国社会科学报》
(光明网记者 赵宇整理)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)