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独家|我们能像<星际迷航>一样造个传输机吗?

原标题:独家|我们能像<星际迷航>一样造个传输机吗?

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是的,10月17日我国的2位宇航员坐着神舟十一号飞船被长征二号FY11运载火箭送离了地球,开始为期33天的太空之旅。他们于当日早7点半发射,却要在19日才与天宫二号进行空间交会对接。作为围观的吃瓜群众,读书君不禁脑洞大开,要是我们也能像电影《星际迷航》里那样能够瞬间传送那该多好?

神舟十一号发射瞬间~

宇航员们介个样子在进行太空旅行,看起来不太舒服啊,要是真有传输机就好啦

科幻小说、电影里不止一次展现过这样的黑科技,它是否真的有可能实现呢,我们何时能够实现?从科学原理角度来说,这个技术是有理可依的吗?脑洞和想象一直是推动科学奇思妙想不断向前进步的助力之一,虽然读书君是学渣,可还是在故纸堆里翻出了这样一本书,它还真向我们讲述了传输机的可能性……内容选自《宇宙使用指南》[美国]戴夫·戈德堡 / [美国]杰夫·布洛姆奎斯特,译林出版社2016年5月。

P.s: 作者的毒舌和冷幽默让人汗颜,不禁想如果谢耳朵写书成为科普男大概就是这个画风吧=。=

量子力学让我们瞬移!原子 石头 小猫 我都可能隧穿去其他星系

那些我们已经认为是“不可能的事”应该重新定义为“发生概率极小的事”。试想一下,伦敦的人们挖了一个陷阱——在地上弄出一个大洞,海德掉了进去。他拼命地往上跳,但强壮的双腿却不足以让他脱离这个洞。用物理学的说法,他没有足够的能量逃逸。但是,你知道吗?量子力学断定,因为这个犯罪主谋的位置是不确定的,所以有一种可能性是海德被人“观察到”呆在洞外。这只不过是换了一种很酷的说法,说他跑出了洞外。就像一个专业的逃生艺术家,他耍诈/隧穿到了人们认为不可能的地方。他不是在经典力学的意义下挖出一条隧道(不是说用勺子在土层中挖)他直接就出现在洞外。

要知道任何太空漫游本身都是危险、无法预测和孤独的事情,隧穿什么的……还真是符合这个画风啊

让我们说得更明白点。海德不能主动控制这种隧穿行为:这完全是偶然发生的随机事件。并且,对于我们这位发狂的朋友来说,这么大的体形,发生这样的事情需要等待很长一段时间——也许比宇宙的年龄都要长得多。

而对于原子这样的微观物体而言,隧穿不仅仅是可能,而且几乎是必然发生的。铀、钚、钍可以很欢乐地坐在一起,它们的组成粒子安全地呆在原子核里。可以想象铀是一个钍原子核和一个氦原子核合在一起“组成”的。这两个原子核结合得如此紧密,以至于氦(它比钍原子核轻)看起来(在经典力学意义上)不可能逃逸。但是等等!虽然看起来不可能,但45亿年之后氦还是有很大的概率能够隧穿出来的。

量子力学不仅给了我们成为逃生艺术大师的机会,还额外免费赠送了瞬移的能力!由于电子、铀——见鬼,甚至是海德先生——的波函数从数学的角度来看在整个宇宙中都有分布,你或其他任何物体都有可能突然在其他一些星系中被观察到,这种事发生的概率非零(注:“非零”在物理学家口中就是“要多小有多小”的意思。我们也用“非平常”表示“几乎不可能”)。

什么鬼!瞬移只是把A完美复制到B,A还会被毁掉

我们知道这不是你想要的。你要的是一个“真正的”瞬移装置,就像在《星际迷航》(注:承认吧,书呆子,你自己不就有一套带有星际舰队徽章的制服嘛!)里看到的一样。你需要的是可以在特定时间向特定地点传送你的队伍的装置,而不是单纯靠概率。好吧,算你走运。量子力学可以帮你建起一个真实的装置,在你倾家荡产去买一个之前,我们有必要提醒你这玩意到底是怎么运作的。

《星际迷航》中方便、实用、酷炫又在关键时刻立FLAG救小队成员于水火的传输器,真的是宇宙旅行必备!

首先,一个真正的瞬移装置并不是真的把组成你的原子从A点移动到B点。实际上,这种装置只是造出一个完美的复制品。考虑到你不敢做真人实验,那就不妨让一个雕像穿过房间。瞬移接收器不得不准备大量的碳原子、铁原子和钙原子等等。传送机发出一个信号,给接收器精确的指令,描述每个原子的波函数以及雕像的整体结构。如果波函数在接收器终端被精确复制,那么我们就真正完成了瞬移。

这看起来可不对,因为我们只是复制了雕像,并没有真正地移动它。那我来问问你。这有什么区别么?即使从最微小的细节来看,复制的雕像看起来也完全一致。重量一样,感觉一样,所有都一样。

从物理定律的角度来看,雕像就是一模一样的。宇宙是不会区分钙原子(举个例子)之间有什么不同的。它们都是一样的。而且,将信号传给接收器的过程会摧毁原始的波函数。换句话说,我们的瞬移装置不只是一个传真机,因为开始时只有一个你,结束时还是只有一个你——只不过换了个地方。

科学来讲瞬移人就是克隆个记忆完整的新“你”(旧的还死掉了)

想要挑战瞬移技术吗,祝你生生不息繁荣昌盛

雕像的瞬移就说到这儿。那么瞬移一个人——比如你——会发生什么?瞬移版的“你”永远不会知道有什么区别。“你”不就是不计其数的原子的波函数之和吗?这些原子不仅包含了你的外表的信息,还包含了你的记忆的信息。由于原始版本的你已经被摧毁了,没有其他的“你”来帮你伸冤了。

这件事情听起来太好(诡异)了,不可能是真的吧?事实上并不是你想得那么简单,不过让我们首先来澄清一点细节。本文都在讨论单个粒子的波函数,然而除此以外,现实中如果两个原子存在关联,那么就应该描述两个原子的复合波函数。这些原子的状态叫做“量子纠缠”(注:有没有学霸读者来科普下这个!)态。这个复杂的术语是说,如果我们知道了其中一个原子的量子状态,也就知道了另一个原子的量子状态。

这里有一些基本的步骤:

1.取两个原子(A和B)使它们产生纠缠,把A放到瞬移装置的传输器端,B放在接收器处。

2.再取一个不同的原子放到传输器中准备用来传输(我们称之为C),让它和A发生干涉。在这个过程中,A的波函数发生了坍缩,而在接收器处的B的波函数也发生了坍缩。我们之前已经知道,干涉或观察波函数就有这样的效果,所以C的波函数也变了。也就是说你发送的目标被摧毁了。

3.接收器端也做同样的事情,只不过与目标原子D发生干涉的是接收器端已经改变了状态的纠缠原子B。这种干涉同时也会作用于D,但具有相反的效果,于是D获得了C的原始波函数。

(读书君:以上这段你们看的懂吗,反正我是看不懂,但好像很有道理呢)

2004年人类成功瞬移原子,不过还不如手动挪过去=。=

实现瞬移具有难以想象的困难。直到1997年人们才第一次成功地瞬移了单个光子。2004年,几个小组成功地把一个原子瞬移(注:量子瞬移【quantum teleportation】的中文常见译法叫做量子隐形传态)了几米。从上面这些工作来看,还是靠自己把原子从一个地方挪到另一处更容易一些。

系统越大,瞬移就越复杂。在实验中我们甚至无法瞬间移动一个分子。所以,即使瞬移变成一种技术上的可能,传输一个人也是遥不可及的事情。不过就算可以传输一个人,我们也不推荐你这样做。

能时间旅行的中村广也是瞬移小达人(时间+地点)

嗯,作为结尾,大家伙在宇宙深处等你来哟

|关于书|

作者: [美国]戴夫·戈德堡 杰夫·布洛姆奎斯特 / [美国]杰夫·布洛姆奎斯特

出版社: 译林出版社

副标题: 何在黑洞旋涡、时间悖论和量子不确定性中幸存

原作名: A User’s Guide to the Universe : viving the Perils of Black Holes, Time Paradoxes, and Quantum Uncertainty

译者: 朱晓睿 / 李剑龙

出版年: 2016-5

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