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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

“音乐之国”求学记（走近非热门留学国（11））******

薛杨扬（左一）与留学生同学、老师在一起。

黄韵文（右）、黄韵瑜姐妹俩在演出中。

　　奥地利位于中欧南部，其首都维也纳被誉为“世界音乐之都”。在高等教育领域，奥地利维也纳大学、维也纳音乐与表演艺术大学、萨尔茨堡莫扎特音乐大学等高校历史悠久、专业突出，吸引各地学子前往进修。近日，本报记者采访了几名中国学生，听听他们讲述在奥地利的留学体验。

　　学习音乐的好地方

　　“萨尔茨堡是学习古典音乐的好地方。”就读于奥地利萨尔茨堡莫扎特音乐大学的薛杨扬说，他来此留学是想在音乐领域精进。“我学习钢琴演奏，萨尔茨堡是作曲家莫扎特的出生地，也是指挥家赫伯特·冯·卡拉扬的故乡，这里有浓厚的古典音乐氛围。每年8月当地会举办萨尔茨堡音乐节，它是世界上历史最悠久、规模最大的古典音乐节之一，闻名世界的音乐艺术家和演出团体云集此地，带来歌剧、话剧、音乐会和芭蕾舞等表演。”

　　黄韵文和黄韵瑜是一对双胞胎姐妹，她们在维也纳音乐与表演艺术大学学习室内乐小提琴。姐姐黄韵文说：“作为一名音乐生，维也纳是我梦寐以求的留学地。这里是欧洲古典音乐的摇篮，音乐厅、歌剧院众多，时常有大大小小的音乐演出，艺术氛围浓厚。此外，维也纳音乐与表演艺术大学历史悠久，孕育了众多音乐人才，我和妹妹想来体验这里的生活，丰富阅历，提升演奏技艺。”

　　除了音乐类院校，奥地利还有享有盛誉的综合型高等学府。“维也纳大学历史悠久，学术水平卓越，这是吸引我前来的重要原因。”项歆璇目前是维也纳大学地质学方向的在读博士生，她说：“留学前我和导师取得了联系，幸运地收到了他的邀请函。导师拟定的博士研究计划和我硕士研究内容契合度高，我决定来这里继续做研究，探索地质学。”

　　难忘校园生活

　　“莫扎特音乐大学的课程设置很全面，除了钢琴，我还要上通识课，比如音乐史、射箭、心理咨询课等。”薛杨扬说，令他印象最深刻的是学校的合唱课。“学期结束时，合唱课的老师带我们到当地一所教堂进行公开演出，还有管风琴伴奏。演出吸引了大量观众前来观看，对我来说这是一次非常新奇的体验。”

　　黄韵瑜很喜欢学校的氛围，她说：“我周围的同学努力上进，大家每天都会踊跃前往琴房练习，我要尽量提早去琴房排队才能轮上琴，运气好的话等十几分钟，慢则得1小时不等。此外，同学们来自各个国家，他们很有主见，在上课或排练时我常与他们讨论想法，大家畅所欲言，我总能得到灵感和启发。”

　　在项歆璇看来，学校的教授友善负责，令人暖心。“刚开始我的选课经验不足，选到的一门课程有一半内容是德语授课，这让不会德语的我很头疼。教授发现我听不懂后，在课堂上耐心地将每句话都翻译成英语。后来，我和教授熟悉起来，我还向他推荐了维也纳不错的中餐厅，结课之后我们也保持着联络，这是一次很特别的学习经历。”

　　留学时，薛杨扬经常参加钢琴表演。他说：“我的班级每周都会举办音乐会，同学们都会参与其中，教授有时还会带我们去校外的礼堂、私人别墅演出，这是不错的表现机会。令我难忘的是，之前我去德国参加了一场纪念贝多芬诞辰250周年的主题演出，观众是当地的古典音乐爱好者。整场音乐会还被录制成了光盘，对我而言很有纪念价值。”

　　走近奥地利文化生活

　　“我发现，参加朋友聚会时，奥地利同学总会带一瓶酒参加；演出结束时，教授也常会开一瓶好酒庆功。在与朋友和老师的交流中，我逐渐认识到了奥地利葡萄酒的魅力。”薛杨扬说，“奥地利闻名世界的不仅有音乐，还有葡萄酒。奥地利的红酒很有特色，本地代表性的葡萄品种果实大，酿出的酒带有樱桃的芬芳。出于兴趣，我开始翻阅葡萄酒书籍、参观本地酒厂，和相关专业的人交流，学到了不少有趣的葡萄酒知识，发展出了新的爱好。”

　　项歆璇曾和组里的奥地利同事一起去野外采样，她回忆说，这次经历新鲜而有趣，让她走近了当地居民的生活。“由于路程较远，我们需要自驾几小时去奥地利中部，一路上我和同事聊了奥地利的地理情况、区域划分，增进了我对当地的了解。我们采样的地点在阿尔卑斯山附近的村庄，这里的氛围和维也纳的都市感不同，村民的生活节奏更慢、更放松。”项歆璇说，他们遇见了不少在野外徒步的当地人，当地居民的热情友好给项歆璇一行人留下了很深的印象。

　　黄韵瑜说，她和姐姐在奥地利参加了不少文化活动。“今年，当地主办的维也纳艺术节中安排了‘奥地利中国日’活动，通过精彩纷呈的节目向观众展现中国传统文化。我和姐姐作为维也纳音乐生代表有幸参与其中，与其他同学一起表演了弦乐四重奏《梁祝》等曲目。当天演出结束后，我们被告知很多观众非常喜欢我们的演出，这让我们特别开心。”

　　“在海外学习音乐，我和姐姐希望能积累更多专业知识、提升演奏技艺，从而演奏好更多中国音乐作品。我们希望能用音乐作为‘桥梁’，做中外文化交流的使者，让更多人感受到室内乐的魅力。”黄韵瑜说。(本报记者 周姝芸)(本文照片均由受访者提供)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）