星際迷航3：超越星辰

艾星雨

在近期上映的《星際迷航3：超越星辰》中，有這樣一個(gè)情節(jié)：大量船員被反派關(guān)押在隱秘的監(jiān)牢里，柯克船長(zhǎng)想救他們，必須在極短的時(shí)間里，讓這些人移動(dòng)到數(shù)百千米之外。怎樣才能辦到這一點(diǎn)呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單，星艦上有一種神奇的裝置叫瞬間傳送系統(tǒng)，只要知道坐標(biāo)，就可以將該坐標(biāo)的人和物直接傳送到星艦里。所以，柯克船長(zhǎng)要做的，就是把信標(biāo)器送到船員們手里，讓星艦的瞬間傳送系統(tǒng)找到他們，然后將他們傳送回星艦就完成了救援任務(wù)。這事兒在電影里表現(xiàn)得格外酷炫，相信每一個(gè)看過電影的人都印象深刻。那么，這種瞬間傳送系統(tǒng)有什么科學(xué)根據(jù)嗎？今后有實(shí)現(xiàn)的可能性嗎？

實(shí)驗(yàn)證實(shí)，量子糾纏確實(shí)存在

藝術(shù)中的“瞬間移動(dòng)”

其實(shí)，《星際迷航3：超越星辰》中的星艦之所以用瞬間傳送系統(tǒng)，最初是因?yàn)榻?jīng)費(fèi)不足，無法模擬星艦在遙遠(yuǎn)星球上起飛和降落所需的昂貴費(fèi)用，于是想了個(gè)省錢的辦法，把船員們直接傳送到他們的目的地。事實(shí)上，瞬間傳輸系統(tǒng)并非《星際迷航》的首創(chuàng)。早在1927年，柯南·道爾（對(duì)，就是寫福爾摩斯那位）在《分解機(jī)器》中，就設(shè)想到了一臺(tái)可以把一個(gè)人分解后重新在其他地方裝配起來的機(jī)器。在1958年的科幻電影《蒼蠅》中，一個(gè)科學(xué)家發(fā)明了利用線路傳送人體的辦法—人從一個(gè)艙室進(jìn)去，被機(jī)器分解，通過線路，瞬間傳送到另一個(gè)艙室，進(jìn)行還原。不幸的是，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一只蒼蠅混了進(jìn)去，因此在另一個(gè)艙室出現(xiàn)的，是人和蒼蠅混合的怪物。

根據(jù)上述作品的描述，所謂瞬間傳送，是在極短的時(shí)間里把人體分解成原子的形式，并記住每個(gè)原子在人體中的位置，再通過儀器以有線或者無線的方式（《星際迷航3》采用的是無線）發(fā)射到某一位置，再重新組合起來。根據(jù)牛頓理論，瞬間傳送是不可能的事情。在牛頓的物理世界里，物體不會(huì)突然出現(xiàn)或在別處重新出現(xiàn)。但在量子理論中，這恰恰是可以做到的事情。

歷史中的“瞬間移動(dòng)”

1925年，海森堡、薛定諤等物理學(xué)家在分析原子的怪異屬性時(shí)，發(fā)現(xiàn)電子像波一樣運(yùn)動(dòng)，而且它們可以在原子內(nèi)看似無序的運(yùn)動(dòng)中做出量子躍遷。在原子周圍，有不同數(shù)量的電子繞著原子核在不同軌道上不停旋轉(zhuǎn)，這樣就需要不同的能量。電子會(huì)釋放能量或者吸收能量，然后瞬間“跳”到別的軌道上。這里有兩個(gè)詭異之處：其一是電子什么時(shí)候吸收或者釋放能量，完全沒有規(guī)律，只能觀察，無法預(yù)測(cè);其二是不同電子軌道之間是有距離的。然而，發(fā)生電子躍遷的時(shí)候，電子在這條軌道上消失，在那條軌道上出現(xiàn)，是同時(shí)發(fā)生的。似乎兩者的距離不存在，或者說，躍遷不需要時(shí)間。那么，量子躍遷能否作為瞬間傳送的理論根據(jù)呢？答案是不能，因?yàn)橄鄬?duì)電子，人體實(shí)在太過龐大，也太過復(fù)雜。

1953年，為了反對(duì)量子理論，愛因斯坦和他的兩位同事波爾多斯基、羅森提出了一個(gè)EPR的思想實(shí)驗(yàn)。該思想實(shí)驗(yàn)指出，從量子理論出發(fā)，可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：如果兩個(gè)電子最初是一致地振動(dòng)，它們就可以一直保持這種狀態(tài);假如其中一個(gè)電子的狀態(tài)發(fā)生改變，那么另一個(gè)電子也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變;不管距離有多遙遠(yuǎn)，哪怕一個(gè)在地球，一個(gè)在冥王星，這種改變都會(huì)發(fā)生。愛因斯坦稱之為“量子糾纏”，并得意地說，這種“鬼魅般的超遠(yuǎn)距離的作用”，完全可以“證明”量子理論是錯(cuò)誤的?？上?，錯(cuò)的是愛因斯坦。20世紀(jì)80年代，法國(guó)科學(xué)家艾倫·阿斯佩科特使用兩個(gè)分開13米的探測(cè)器，測(cè)量從鈣原子鐘放出的光子的自旋，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與量子理論的計(jì)算結(jié)果精確吻合。此后的多次實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，量子糾纏確實(shí)存在，盡管它如此違反常識(shí)。那，在光速是宇宙的速度極限這一點(diǎn)上，愛因斯坦也是錯(cuò)的嗎？借助量子糾纏，我們能否實(shí)現(xiàn)信息的超光速傳遞，甚至物質(zhì)實(shí)體的超光速傳遞呢？

1993年，IBM公司由查爾斯·班奈特領(lǐng)導(dǎo)的小組用EPR實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在物理學(xué)上瞬間傳送物質(zhì)實(shí)體是可能的，至少在原子水平上是如此。科學(xué)家們使用A、B、C三個(gè)原子，任務(wù)是把A的信息傳送給C。第一步，是在B和C之間建立糾纏關(guān)系;第二步，A與B建立聯(lián)系，A的信息會(huì)轉(zhuǎn)移到B;第三步，由于B和C是最初糾纏的，因此A的信息現(xiàn)在已經(jīng)被轉(zhuǎn)移到C了。注意在這一過程中，原子A內(nèi)的信息已經(jīng)被銷毀，同時(shí)A并沒有移動(dòng)到C所在的位置，而B和C的距離在理論上可以無限遠(yuǎn)。

任重道遠(yuǎn)的“瞬間移動(dòng)”

樂觀的科學(xué)家相信，轉(zhuǎn)移技術(shù)幾年內(nèi)就能夠傳送復(fù)雜的分子。十幾年內(nèi)，就能夠傳送DNA分子甚至一個(gè)病毒。有了這么迅猛的發(fā)展，我們何時(shí)可以傳送人體呢？理論上講，沒什么事物禁止傳送一個(gè)真正的人—就像《星際迷航》中所描述的那樣。但事實(shí)并非如此。想要實(shí)現(xiàn)人體的瞬間傳送，還有很多技術(shù)難題需要克服。

如何面臨“數(shù)據(jù)爆炸”

用掃描儀來記錄人體中每個(gè)原子的準(zhǔn)確位置，比如自旋和軌道角動(dòng)量等，其精度必須達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后30位。一個(gè)體重為70千克的普通成年男性身體里至少有3.5×1027個(gè)原子。假設(shè)我們可以把一個(gè)原子的數(shù)據(jù)壓縮到1比特，那么我們也至少需要3.5×1027個(gè)比特的數(shù)據(jù)才能記錄人體中所有原子的位置。這個(gè)數(shù)據(jù)有多大呢？它相當(dāng)于如今全球一年數(shù)據(jù)總儲(chǔ)量的10000倍;如果用一條線路以現(xiàn)有速度來傳送這組數(shù)據(jù)，則需要1080萬年。

事實(shí)上，別說1080萬年你等不了，就是幾分鐘也等不了。因?yàn)橄胍獙?shí)現(xiàn)瞬間傳送，在掃描你的原始身體時(shí)，需要物理地將你身體里每部分拆解開才能得到里面的原子—這相當(dāng)于把原始版本的你殺死，傳送，然后在目的地重組一個(gè)全新的你！不然，這個(gè)世界將同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)“你”。顯而易見，必須要在極短的時(shí)間內(nèi)精確無誤地完成從掃描到傳送，再到重組的三個(gè)階段。這個(gè)時(shí)間短到什么程度了？至少在萬分之一秒以內(nèi)。

移動(dòng)重組后的精確性差異

任何測(cè)量，都必然有誤差。只是儀器的不同，還有我們需求的不同，這個(gè)誤差的程度也各異。相對(duì)于人的軀體，神經(jīng)系統(tǒng)的復(fù)雜度顯然要高出幾個(gè)量級(jí)，而我們的全部記憶、思想和意識(shí)都保存在神經(jīng)系統(tǒng)里。任何一個(gè)原子的位置在掃描、傳送和重組的過程中，出現(xiàn)了失誤，都會(huì)導(dǎo)致重組的結(jié)果產(chǎn)生偏差。簡(jiǎn)而言之，“你”不再是“你”了。根據(jù)海森堡測(cè)不準(zhǔn)定律，我們無法同時(shí)測(cè)出一個(gè)電子的確切位置和速度。因此，對(duì)原子的掃描不出現(xiàn)誤差是不可能的。當(dāng)然，任何事情都是有誤差的，只要誤差控制在可接受范圍內(nèi)，工程上就是可行的。比如，從某種程度上講，在進(jìn)行大腦CT時(shí)，射線顯然會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生量子層面的干擾，但從沒有聽說過誰做了幾次大腦CT就變成另一個(gè)人了。

《星際迷航》中的許多設(shè)想都已經(jīng)變成現(xiàn)實(shí)，堪稱科技研發(fā)的創(chuàng)意寶庫(kù)。雖然現(xiàn)實(shí)里，距離實(shí)現(xiàn)瞬間傳輸還有很遠(yuǎn)的路要走，但兩百年前的人們不是也不相信比空氣重的東西能飛上天，更不要說有火箭能夠飛出大氣層呢？因此瞬間傳送也是可以期待的，說不定你也能在這一過程中作出自己的一份貢獻(xiàn)呢。

（責(zé)任編輯/王茜）