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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

去芝加哥品味文化包容（海外学子看海外）******

图为芝加哥千禧公园地标雕塑“云门”。

　　芝加哥是美国现代主义的起源地之一，世界上第一座摩天大楼就诞生在这里。时至今日，芝加哥仍然在建筑、艺术以及文学创作方面走在潮流前列。都会的繁华、激烈的变革与紧张的城市节奏，共同构成了芝加哥这座城市的面貌。

　　第一次来到芝加哥的游客会惊叹这座城市的繁华，高楼大厦鳞次栉比，沿密歇根湖可以看到芝加哥最具标志性的天际线：那是一道绵延数公里、由芝加哥摩天大楼构成的城市地标。市中心的密歇根大道是奢侈商品和酒店的聚集地，到了夜晚灯火通明，车辆行人川流不息，被称作“华丽一英里”。

　　“或许每一座大城市都是这样，你会爱上它，也会讨厌它，但这都不会影响到它。”这是我在第一次去芝加哥后写下的感想。面对这样一座繁盛的都会，个体往往会感到渺小。在这样的城市里，变化如此之快，节奏这般紧迫，似乎每一个人都被无形的力量裹挟着前行，只要踏进芝加哥，不由自主变得和这座城市的居民们一样行色匆匆。

　　然而，当对芝加哥的了解愈发深刻后，我逐渐意识到这座城市在匆忙与浮华的背后，有着更为生动、深刻的一面。

　　芝加哥如今的建筑风格起源于19世纪70年代。1871年芝加哥遭受了一场巨大的火灾，老旧的木质建筑大约有1/3被烧毁。为了迅速地完成灾后重建，负责重新规划芝加哥城市建筑的工程师们尝试使用钢铁框架和箱式结构来搭建房屋，并用石砖和混凝土来建造外墙。

　　出乎意料的是，这种快捷的建造方式和坚固耐热的建筑结构完全符合工业时代的城市建设要求，因此这种现代建筑风格很快被美国其他各大城市所使用，被称为“芝加哥建筑学派”。现在芝加哥每年10月会有一个周末作为“建筑开放日”，城市的公共建筑向游客和市民开放参观并提供讲解，以供更多人了解芝加哥这座城市对现代主义建筑所作的贡献。城市规划者和工程师们的卓越眼光固然重要，如今芝加哥的繁荣昌盛同样离不开万千为此付出劳动和汗水的人们。

　　芝加哥还是一座文化包容性极强的城市。来到芝加哥的人一定不能错过著名的千禧公园和芝加哥艺术学院，它们代表着芝加哥这座城市的文化精神。

　　千禧公园中央坐落着芝加哥的著名地标雕塑“云门”，这个长相酷似液态水银的雕塑会把周围的建筑和街道用一种哈哈镜式的扭曲方式折射出来，人与人、建筑与建筑在它的眼中都被融合成为一体，不再受现实中的界限所束缚。

　　芝加哥艺术学院更是充满了古典与现代的交融，18世纪的巴洛克风格雕塑、19世纪的印象派主义画作以及20世纪的波普艺术海报同时向观众呈现；从地域上来看，美国、欧洲、亚洲和非洲各地的艺术作品也都得到了同等的重视与体现。芝加哥的文化与艺术不只源于这座城市，它汇集了世界各地的精神财富。

　　留美期间，虽然我去过芝加哥多次，但仍期待继续探访。在我看来，芝加哥是现代文化的集大成者，它用开放包容的心态接纳着世界各地的人与文化，将世界联系得越来越紧密，不断拓展思想与文化的边界。

　　（许路明 文/图，作者系美国伊利诺伊大学香槟分校在读博士生）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）