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
推动全面绿色转型 中国以最大努力提高应对气候变化力度******
(经济观察)推动全面绿色转型 中国以最大努力提高应对气候变化力度
中新社北京11月6日电 (记者 阮煜琳)从完善应对气候变化工作的顶层设计,到建成世界最大的清洁煤电体系,中国一直以最大努力提高应对气候变化力度,推动经济社会发展走上了全面绿色低碳转型的轨道。
2020年9月22日,中国政府在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重宣示,中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。
中国将应对气候变化作为国家战略,融入生态文明建设整体布局和经济社会发展全局,把系统观念贯穿碳达峰碳中和工作全过程,加强顶层设计。
2021年,《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》出台,国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》,明确了碳达峰碳中和工作的时间表、路线图、施工图。同时,各有关部门制定了分领域分行业实施方案和支撑保障政策,各省(区、市)也都制定了本地区碳达峰实施方案。截至目前,中国碳达峰碳中和“1+N”政策体系已经建立。
“双碳”目标正引领中国经济社会发展全面绿色转型。中国采取调整产业结构、优化能源结构、节能提高能效、建立市场机制等一系列政策措施,取得了突出成效。
官方数据显示,据初步核算,2021年,中国单位国内生产总值(GDP)二氧化碳排放比2005年下降了50.8%,中国煤炭占能源消费总量比重由2005年的72.4%下降至56%,非化石能源占能源消费比重达到16.6%。同年,中国成功启动了全球覆盖温室气体排放量最大的碳排放权交易市场。
立足以煤为主的基本国情,中国大力推进煤炭清洁高效利用,实施煤电机组“三改联动”,在沙漠、戈壁、荒漠地区规划建设4.5亿千瓦大型风电光伏基地。目前,中国可再生能源装机规模已突破11亿千瓦,稳居世界第一。中国还是全球森林资源增长最多和人工造林面积最大的国家,是全球“增绿”的主力军。
“中国扭转了二氧化碳排放快速增长的态势,这也是非常了不起的成绩”,中国生态环境部应对气候变化司司长李高说,经过不懈努力,中国实现了经济发展与减污降碳双赢,绿色日益成为经济社会高质量发展的鲜明底色。
与此同时,中国积极为全球气候治理作出中国贡献。中国作为世界上最大的发展中国家,将完成全球最高碳排放强度降幅,用全球历史上最短的时间实现从碳达峰到碳中和,充分体现了负责任大国的担当。
中国积极同广大发展中国家开展应对气候变化南南合作,尽己所能帮助发展中国家特别是小岛屿国家、非洲国家和最不发达国家提高应对气候变化能力,减少气候变化带来的不利影响。
《中国应对气候变化的政策与行动2022年度报告》显示,中国作为发展中国家最大捐赠国,向全球环境基金(GEF)第8增资期捐款3190万美元,推动 GEF-8实现52.5亿美元历史最大规模增资。推动绿色气候基金(GCF)恪守《公约》及其《巴黎协定》原则共识,累计向发展中国家提供超过100亿美元气候资金支持。
未来五年,是中国全面建设社会主义现代化国家开局起步的关键时期,中国生态文明建设已进入降碳为重点战略方向,推动减污降碳协同增效,促进经济社会发展全面绿色转型,实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期。
中共二十大报告提出,积极稳妥推进碳达峰碳中和。立足中国能源资源禀赋,坚持先立后破,有计划分步骤实施碳达峰行动。
李高表示,党的二十大报告为中国进一步做好应对气候变化工作明确了方向。下一步我们要继续实施积极应对气候变化国家战略,坚持统筹产业结构调整、污染治理、生态保护、应对气候变化,协同推进降碳、减污、扩绿、增长,坚持系统观念,处理好发展和减排、整体和局部、长远目标和短期目标、政府和市场的关系,推动应对气候变化工作不断取得新的进展。
《联合国气候变化框架公约》第二十七次缔约方大会(COP27)即将在埃及沙姆沙伊赫举行。COP27开幕前夕,李高接受媒体采访时指出,这次大会在发展中国家召开,应当切实地回应发展中国家的关切,反映发展中国家的诉求,取得符合发展中国家利益的成果。我们期待与各方一道将COP27打造成为以“落实”为主题,以发展中国家最为关心的适应和资金为成果亮点的大会。(完)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)