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2022年11月，一个科学家团队创造出了人类历史上的第一个“全息虫洞”，完成了一次科学界里程碑式的壮举。同年12月2日，全息虫洞登上权威学术期刊《Nature》的封面，Quanta Magazine（《量子杂志》）将其称为“有史以来创造出的第一个虫洞”。 我们经常在科幻作品中看到这样的场景：高精尖宇宙飞船飞入虫洞，像过了一个穿山隧道一样，很快通过之后就到达了另一个几十光年外的遥远星系——瞬间移动、穿越时空……人造虫洞出现了，难道这样的场景即将得到实现吗？  其实，人造全息虫洞的诞生，还离不开当今社会一个大热门的概念——“量子纠缠”。网民们常开玩笑说：遇事不决，量子力学；不明所以，量子纠缠。 有什么解释不通的事情，就直接“甩锅”给量子领域，因为量子的道理太过复杂晦涩，没人能解释得通，以此来糊弄过问题。可量子纠缠与虫洞又是怎么产生的联系呢？ 人类到底怎么造出虫洞这个神秘的玩意儿的？“全息虫洞”和一般的虫洞又有什么区别？这在人类探索宇宙的历史上有什么意义——为什么又会有科学家认为，全息虫洞的建造可以让我们理解宇宙的本质？  全息虫洞的建造虫洞是什么？它是广义相对论中在理论上存在的一种特殊的结构，是一条将两个时空连接在一起的狭窄隧道。 1946年，奥地利物理学家路德维希 · 弗拉姆首先提出了这样一个连接两个不同时空的管道的假设；1935年，爱因斯坦和纳森·罗森进一步诠释了这个概念，并将其称为“爱因斯坦-罗森桥”；1957年，物理学家惠勒把这个概念形象地称为“虫洞”，从此这个神秘、科幻的词汇进入了大众的视野。  量子纠缠又是什么？物理学家波多尔斯基在爱因斯坦和纳森·罗森的研究基础上，进一步提出了这个概念，他认为：
这是一种发生在量子系统的现象，在经典力学的世界，我们无法找到也无法解释这种现象的存在——因此，量子概念常得不到一些传统物理学家的喜爱。  这两个现象看似没有什么关系，却在10年前得到了物理学家马尔达塞纳的注意，他做出了一个大胆的假设：虫洞=量子纠缠。 他认为，虫洞和量子纠缠在本质上是一回事。两个远距离的量子能即时交换信息，产生联系，处于“纠缠”状态，原因在于两个量子被我们还没有发现的虫洞联系着，信息通过虫洞即时地在两个量子间进行传递。 也就是说，虫洞就是宏观世界的量子纠缠，量子纠缠就是微观世界的虫洞。  有了这个假设，2020年，人类开始着手建造第一个人造虫洞。不过，这并不是一个存在于物理世界的虫洞，而是一个“全息虫洞”——也就是说，是一个通过计算机建造的，存在于模拟模型中的虫洞。 那为什么不直接在现实中建造一个虫洞呢？其实还是因为人类的科技水平还不够发达。根据广义相对论的计算，如果一个有质量的物体通过虫洞，它的引力会让虫洞坍缩从而关闭，无法做到“穿越”虫洞。但现实中的物体几乎都有质量，有质量就代表有引力，一旦进入虫洞，虫洞必然坍缩。  为解决这个问题，必须在物体穿过虫洞的同时引入反物质的负能量或负质量，才能抵抗虫洞坍缩的力。可是，我们在现实中从没找到过真实存在的反物质，这还只是一个存在于理论中的假设。 就算这一切问题都得到解决，实际上，甚至我们也还没在现实世界发现过实际存在的虫洞，它在物理世界到底长什么样，以什么方式存在？对于人类来说暂时都还是一个谜。  不过，这一切问题，都可以在量子计算机系统中得到解决——这就不得不提到目前人类计算机的“最强大脑”——谷歌量子计算机悬铃木。 要建造出一个虫洞模型，需要计算机极其强大的计算能力，普通计算机无法胜任这个任务。而谷歌公司于2019年9月研发出的量子计算原型机“悬铃木“（Sycamore）就成了唯一适合的选择。 它包含53个量子比特的芯片，对一个量子线路取样一百万次，只需200秒。这个任务就算交给世界排名第一的超级计算机“Summit”，也需要一万年的时间才能完成，效率比悬铃木低了千万倍不止。  对于制造虫洞方面，量子计算机有着天然的优势。众所周知，在传统计算机中，通常用0和1来表示计算结果，使用二进制，以比特为基本单位。这就使得传统计算机在同一时间，只能存在0或1中的一种状态。 而量子计算机不同，其基本单位为量子比特，可以同时是0和1，两种状态同时存在，科学家们称其为“量子叠加”——这样的特性，让量子计算机建造虫洞模型成为了可能。在量子系统中，只需操纵力场，改变量子的自旋方向，就可以达到引入反物质的效果，避免虫洞坍缩。  理论问题都解决了，接下来就要进入实践环节——来自麻省理工学院的天才程序员亚历克斯·兹洛卡帕接下了这一重担，他需要建造两个黑洞以连接虫洞。 起初，他计划用210个量子位的神经网络来模拟黑洞，但很快他便发现，即使是世界最强的量子计算机，也跑不动如此大体量的模型，甚至连50个量子位都困难。 于是，兹洛卡帕又花了一年的时间，把模型缩减到了7个量子位，才使项目得以继续运行——这或许也是有史以来最小的黑洞。  他先以7个纠缠态的量子充当虫洞的入口，再以同样形态的7个量子充当虫洞的出口，之后在这一系统中引入了两个纠缠态的量子，一个作为探测者，一个作为参考者。 探测者抵达入口，替换入口处的一个量子，使其与其他六个量子形成新的纠缠，同时让参考者抵达出口，进行同样的替换操作，再翻转整个量子系统的力场，模拟引入反物质，以保持虫洞的开放。  接下来，科学家们将信息送入入口，信息很快便均匀地分布在7个纠缠的量子中，就像一滴墨水滴入清水中，慢慢晕开。而通过虫洞，信息被成功地传送至了出口处，7个量子接受信息后，信息竟又聚合到了一起——仿佛“倒放”一般，晕开的墨水又汇集成了一滴。 至此，实验宣告成功，人类造出了第一个人造虫洞！即使这暂时只是计算机中的全息模型，也是一个里程碑式的进步。 全息虫洞，意义何在？既然这第一个全息虫洞只是存在于电脑中的模型，那它对于人类来说又有什么实际意义呢？毕竟，现实中要像这样建造一个虫洞，几乎是不可能的事情。 实际上，全息虫洞的成功建造，在现实生活中最大的意义，就是证明了理论的可行——虫洞是可以通过的，是可以传输信息的。 也就是说，如果现实中一切理想条件都刚好符合，人类发现了虫洞，也找到了反物质的存在，我们就可以通过虫洞，仿佛时空穿越一般，亲身到达虫洞的另一端。 这也意味着，在理论上，超远距离的宇宙航行是完全可行的。我们距离科幻作品中在不同平行宇宙穿梭、瞬间到达另一个星系，可能已经不再那么遥远。而人类如果能做到这一切，也代表人类对宇宙的探索程度将大大提升，我们可能与来自遥远星系的外星智慧种族产生各种各样的联系，而我们现在的日常生活，也将发生剧变。 不过，这一切究竟是福是祸？人类会因此招致其他种族的攻击，以至于灭亡吗？“黑暗森林法则”真的是存在的吗？我们还担心不了那么远的事情，也许在几万年后，这一切谜题都将揭开神秘的面纱！ 宇宙本质，人类不朽？有人说，科学的尽头是哲学。全息虫洞的诞生，不仅在理论上证实了穿越虫洞的可能性，还在哲学上为我们揭示了——宇宙的本质。 关于这个问题的思考，来自爱因斯坦提出的一个疑问：我们如果不看天上的月亮，月亮是不是还存在在天上？量子纠缠的存在意味着我们的世界很可能是不确定的，是因观察者而改变的，甚至很可能是主观的。蚂蚁无法发现天上挂着月亮，那么在蚂蚁的世界观中，月亮根本就是不存在的。 对于广袤而深不可测的宇宙来说，人类很可能也只不过是这样一群“蚂蚁”。 这其实就是给虫洞命名的物理学家惠勒提出的“参与的宇宙”(participatory universe）概念。他认为人类的参与和观察创造了宇宙的诞生，且“万物生于比特”（有生于微）。我们现在看到的宇宙，来自于古往今来无数的观察行为。 根据计算，科学家们推测世界上曾经存在过1080亿人类，而其中我们能记住的，不过0.0001％，大多数人的结局都是堙灭于历史的长河中——那么，他们对于我们来说，算是存在过吗？惠勒还认为，宇宙的本质就是信息，没有被信息记录，就相当于不存在。 这样的观点让我们可以理解了，为什么有的人终其一生都在尝试在世界上留下些什么，即使是遗臭万年，也想在史书中留下一笔——不这么做的话，百年后谁能知道世界上曾存在了这么一号人物呢？如果没有人记住的话，他的人生中所做的事情，又是为了些什么呢？ 不过，反过来看，人类或许已经实现了不朽——科学家们不止一次地尝试往更远的宇宙空间释放信号，一旦被拥有智慧的外星种族接收，哪怕这发生在几十万年后，那时的地球和人类文明早已毁灭，我们发出的信号也能证实人类曾经辉煌的文明的存在。 若是我们能幸运地找到一个实际存在的虫洞，这一过程就能大大加速了。有质量的生命体虽然无法穿越虫洞，但没有质量的信息穿过虫洞并不会引发虫洞坍缩。虫洞可以成为一个传送门，我们或许可以通过向其发射信号来实现与其他种族的交流。 现代科技发展速度越来越快，我们有理由相信，这一切离我们都不太遥远了！ |
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