如何實現瞬間移動?

2021年11月26日09:00

  不論是去異國他鄉渡假,或是日常上班通勤,沒有人喜歡在路上的過程。有更好的辦法到達目的地嗎?如果不用經過起點和終點間的路程,就能直接出現在目的地,不是更棒嗎?

  撰文 | 豪爾赫·卡姆(Jorge Cham)、丹尼爾·惠特森(Daniel Whiteson)

  翻譯 | 謝汝雨

  審校 | 二七

  瞬間移動已經在科幻小說中存在了100多年。而且,誰沒幻想過閉上眼睛或是進入某個儀器,就能瞬間到達目的地呢?想想看你省了多少時間!上下班不需要再在地鐵上擠上一小時,旅行時不用坐幾小時的火車,甚至想要去往其他星球也能變得更加容易——不需要經過幾十年的旅程,就能到達最近的宜居行星——距我們4光年遠的比鄰星b(Proxima Centauri b)。

  但是,瞬間移動真的可行嗎?如果可行,為什麼到現在都沒能實現瞬間移動呢?讓我們走進瞬間移動背後的物理學。

  幾種瞬間移動的方式

  如果你想像中的瞬間移動是此刻你在這裏,下一瞬間你就到了另一個地方——那很遺憾,這是不可能的。

  對於任何瞬時發生的事件,物理學上都有一些非常嚴苛的規則。試想一下:為了讓兩件事有因果聯繫,比如你在這裏消失,並在其他地方出現,這兩者之間必須有信息交流。然而縱觀宇宙,任何事物,包括信息的傳遞,都有速度限制。世界上速度最快的是光,事實上,光速應該被稱為“信息傳遞速度”或“宇宙的速度極限”。

  因此,從這裏消失並立刻在別處出現是幾乎不可能的。好在,大多數人對“瞬間移動”的定義沒那麼死板。“幾乎瞬間”、“眨眼間”或“物理定律允許範圍內的最快速度”就能滿足大多數人對瞬間移動的需求。如果是這樣的話,有兩種選項可以實現瞬間移動:以光速把你運輸到目的地,或是縮短出發地和目的地之間的距離。

  選項2類似於動畫或電影中的“任意門”。在理論上,我們可以利用蟲洞連接相距很遠的兩處地點。但遺憾的是,人類還沒實際觀測到蟲洞,也不知道怎麼打開蟲洞或控制它通向的地方。並且,你也不能像微觀粒子一樣,進入額外維(extra dimension)。

  當你成為信息

  如果不能瞬間出現在別處,也不能縮短旅程距離,那我們能否至少以最快的速度——光速——到達那裡?不幸的是,這個方法有個大問題:你太重了。首先,僅是將你體內的所有粒子加速到接近光速,就需要消耗大量的時間和能量。其次,因為任何有質量的物體都不能以光速移動,所以無論多麼努力地節食或健身,你都無法達到光速。

  但這就意味著瞬間移動不可能實現嗎?不完全是!仍然有一種辦法能讓你實現瞬間移動,那就是把“你”的定義放寬。

  一種可行的辦法是,掃瞄你,並將你以光子的形式傳遞出去。光子沒有質量,因此能以光速移動,這種方法簡單流程如下:

  第1步:掃瞄身體,記錄你身上所有分子和粒子的位置;

  第2步:通過一束光子,將這些信息傳輸到目的地;

  第3步:在目的地接收信息,並用新的粒子重塑你的身體。

  這是有可能實現的。人類在掃瞄和3D打印技術領域已經取得了極大的進步。如今,用磁共振成像(MRI)掃瞄人體,解像度可達0.1毫米,相當於一個腦細胞的尺寸。科學家利用3D打印能打印出越來越多的複雜類器官(organoids)。我們不難想像,有一天或許真的能夠掃瞄並打印出整個人體。

  然而,真正的製約不是來自技術方面,而是倫理方面。畢竟,如果有人重塑了一個你,那你還是原來的你嗎?

  要知道,構成你身體的粒子並無特殊之處。同一類型的粒子都是相同的。每個電子都是完全相同的,每個夸克也是。那麼,重塑品有幾分仍然是你?重塑品要達到什麼精度才仍然是你?事實上,這是一個開放的問題,答案可能取決於你對自己的認知有多量子。

  量子重塑的你

  你體內的每個粒子都有一個量子態,量子態表示粒子可能在何處、可能在做什麼,以及它和其他粒子的連接方式。由於只能知道每個粒子可能的狀態,因此存在不確定性。

  乍看之下,每個粒子的量子信息似乎不會影響你究竟是誰。例如,你的記憶和反射儲存在神經元和它們的連接中,它們比粒子大得多。在這個尺度上,量子漲落和不確定性趨於平均。如果巧妙地變換你體內一些粒子的量子值,你會感受到變化嗎?

  如果你體內粒子的量子態對構成你的影響不大,僅僅重建你的細胞或分子排列就足以讓重建品能像你一樣思考和行動,那麼瞬間移動就容易多。只需記錄下你細胞或分子的位置,並在另一個地方以完全相同的方式組裝它們就可以了。

  當然,重建品並不會和你一模一樣。像是以jpeg格式而不是原圖格式傳輸圖片一樣,當你在另一個地方被重塑後,或許會覺得自己的邊緣有點模糊,或是有點失真。而想更快地到達目的地,就要接受更高的失真度。

  完全量子化

  但如果,決定“你是你”必須依賴於量子信息呢?如果你的不可替代性,就來源於你體內每個粒子的量子不確定性呢?如果你真的希望瞬間移動後的你還是完完全全的你,整個過程都需要量子化。然而這會讓瞬間轉移變得更加困難。事實上,任何量子化的東西都很麻煩,複製量子信息更是難上加難。

  因為從物理角度來說,沒有技術能同時確定單個粒子的所有信息,唯一能確定的是量子在某處出現的概率。如果堅持要光速瞬間移動儀器製作的重塑品和現在的你一模一樣,唯一的選擇是製作量子重塑品。

  先來思考製作單個粒子的量子複製品問題。在量子層面記錄一個粒子的信息,意味著需要知道它的量子態。量子態其實不是一個數字,而是一組可能性。問題是,要獲得單個粒子的量子信息,就得以某種方式觀測它,也就會對它產生干擾。並不是因為我們不夠聰明,也不是因為還沒有開發出足夠好的探測器。量子“不可複製”原理表明,在不破壞原始數據的情況下讀取量子信息是不可能的。

  有一種辦法是利用“量子糾纏”。量子糾纏是一種特殊的量子效應,能讓兩個粒子的概率互相聯繫。例如,如果兩個粒子互相作用,沒法知道它們的自旋狀態,但是能知道它們自旋方向相反,那麼如果其中一個粒子自旋向上,那另一個必然自旋向下。

  讓兩個粒子互相糾纏,並像使用電話傳真線一樣,分別在起點和終點使用它們,就可以實現量子瞬間轉移。比如你可以讓兩個電子互相糾纏,並將其中一個電子放在比鄰星。這兩個電子會在兩地繼續糾纏,直到你準備好開始在比鄰星重塑你自己。

  事實上,我們已經能完成單個粒子,或是一小堆粒子的“瞬間移動”。目前,在兩地間進行量子複製的距離記錄,是1400千米。雖然這沒法讓你瞬間移動到比鄰星,但至少是個開始。

  總的來說,在眨眼間將自己瞬間移動到別處是切實可行的。只要你能忍受光速傳輸的延遲,並且認為經過掃瞄和重建後的“你”還是你,那麼或許你能在未來體驗瞬間移動。

  不過一切的前提條件是:為了如上述般瞬間移動到別處,目的地必須有一台能接受信號並重建你的儀器。這意味著,如果有一天你想瞬間移動到其他行星,得先有人通過傳統的移動方法將儀器帶過去。

  有人想做這個先行者嗎?

  原文鏈接:https://www.wired.com/story/why-cant-people-teleport/

  本文轉自《環球科學》

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