微觀蟲洞理論上是可能的，只是不適合星際旅行

[peter]

 微觀蟲洞理論上是可能的，只是不適合星際旅行

==

黑洞內發生什麼事？物理學家想用量子糾纏新方法窺知
https://technews.tw/2019/03/07/black-hole-quantum-entanglement-particle-einstein-stephen-hawking-qubit-computer/

然而量子力學表示，所有物理資訊比如粒子的質量、動量或是溫度，就算進入黑洞也永遠不會消失，只是在多體糾纏狀態下被隱藏或擾亂了，也因此一些量子物理學家聲稱，只要等待黑洞發出霍金輻射後逐漸縮小至原本尺寸的一半，我們就能重建消失粒子的訊息；而廣義相對論與量子力學理論結合，產生了尚待物理學界解決的黑洞資訊悖論（Black hole information paradox）。

可惜的是，光是一個質量與太陽相當的黑洞，要等它蒸發殆盡就得花上 10 67  年，遑論至今為止，我們觀測到的最小黑洞至少為 3.8 倍太陽質量；而一個超大質量黑洞甚至可存活 10 90  年，比當今宇宙年齡還要大上 N 倍。

所以被動等待一途不科學，那還有什麼方法能嘗試從黑洞中提取訊息？一個已經不算新的概念叫做量子糾纏。

一對相互交纏的粒子彼此狀態會互補，測量一個粒子的物理性質，另一個粒子就會立即出現相反的結果，愛因斯坦稱之為「鬼魅般的超距作用」，最近一項實驗還表明，量子糾纏的作用速度比光速快至少 10,000 倍。

（Source：pixabay）

假如現在有一對糾纏的粒子 A 與 B 被拆開，A 落入黑洞內，B 倖存下來逃離黑洞（產生霍金輻射），它們彼此仍然會相互聯繫，新研究主要作者、馬里蘭大學學院市分校聯合量子研究所（Joint Quantum Institute，JQI）研究生 Kevin Landsman 表示，我們將能透過測量 B 粒子得知 A 粒子的所有行為。

儘管在黑洞內的粒子也會與其他粒子相互作用、擾亂原本物理資訊，但新論文表示，若能「大量」運算霍金輻射中被拆開且逃逸的交纏粒子，原則上仍有可能一窺黑洞內部光景，雖然過程鐵定困難無比，我們還得先證實霍金輻射真的存在。

研究共同作者加拿大圓周理論物理研究所（Perimeter Institute）物理學家 Beni Yoshida、加州大學柏克萊分校物理學家 Norman Yao 等人，提出了基於 OTOC（out-of-time-order correlation）函數的實驗方法（可根據時間變化比較粒子的量子態），並建立一個以相互糾纏的量子位元（qubit，又稱為 Q 位元）進行運算的量子電腦。

接著，團隊再建立 3 個鐿原子之原子核相互糾纏的簡單模型，運算過程太複雜，但簡單說，可以判斷一個粒子的物理性質是否因和其他粒子互動而陷入無法辨識之混亂狀態，或者只和自身糾纏粒子相互作用。計算結果表明，一半的量子態受擾亂，另一半則經量子退相干（Quantum decoherence）效應喪失。

這項研究成果非凡，雖然離我們揭開黑洞內部之謎還有段技術距離需解決。新論文發表在《自然》（Nature）期刊。



https://www.cnbeta.com/articles/science/838631.htm

而现在，研究显示虫洞可能真的存在于现实世界之中。

那么坏消息呢？要想穿越虫洞可能没有你想的那么容易，那么迅速，甚至虫洞可能根本就不能算是穿越时空的所谓“捷径”。这项研究的作者之一，美国哈佛大学的丹尼尔·杰弗里斯（Daniel Jafferis）表示：“要想穿越这些虫洞要比你想象的更久，因此它对于太空旅行并不十分实用。”

虫洞早就已经由爱因斯坦的广义相对论给出，但是目前还没有在科学上被观测所证实。而此次杰弗里斯关于虫洞的这一说法是通过在理论上将两个黑洞之间在量子层面上做关联，并推算得到的结果。这种关联思想最早是在2013年由斯坦福大学的列尼·苏斯凯德（Lenny Susskind）以及高等学术研究所的胡安·马尔达西那（Juan Maldacena）提出的。

杰弗里斯计划在即将召开的美国物理学会会议上宣读自己的研究结果，他认为，空间中两个相互纠缠的黑洞，其相互之间的连接事实上要比通过虫洞来连接路径更短。他说：“从外部观察者的角度，穿越虫洞的过程其实就等效于通过两个处于纠缠态的黑洞进行量子传态操作。”

尽管这项研究似乎对于虫洞旅行的梦想构成了打击，但其研究结果对于量子物理学的研究发展却是好事一桩。首先一点，研究人员将有机会了解光线是如何在虫洞内传播的，并有助于我们最终建立统一的量子引力理论，这是物理学家们梦寐以求追求的一个大统一理论，其将可以通过量子力学原理对引力进行描述。

其次，根据杰弗里斯的说法，这项工作将帮助解决所谓的“黑洞信息悖论”，该悖论会让爱因斯坦的广义相对论和量子力学理论两者之间产生冲突和矛盾。

简单来说，这一理论描述的是物质落入黑洞之后将会发生什么——它会就此消失吗？还是会变成某种我们目前未知的东西？对此，杰弗里斯说：“我想未来的研究将教会我们更多，量子引力，甚至更加全新的东西。”（晨风）

[peter]

https://technews.tw/2019/04/19/wormhole-space-travel-alien-quantum-mechanics/

現在哈佛大學物理學家 Daniel Jafferis、Ping Gao 與史丹佛大學物理學家 Aron Wall 一篇新論文表示，蟲洞通道確實存在於宇宙中，但不要高興得太早，因為蟲洞不是一條捷徑，相反的，進入蟲洞可能需要花更多時間才能出來。


蟲洞又稱愛因斯坦─羅森橋（Einstein-Rosen bridge），是理論中連接宇宙兩個不同時空的狹窄隧道。1930 年代，物理學家愛因斯坦、納森‧羅森在研究引力場方程時，假設黑洞（只進不出）與白洞（只出不進）可以透過蟲洞連接，進行瞬時空間轉移或時間旅行，成為科幻小說電影的蟲洞設定參考來源。

然而，Daniel Jafferis、Ping Gao、Aron Wall 一篇新研究計算認為，蟲洞似乎不可能用來瞬間移動，甚至進入後要花更長時間走出來，對太空旅行而言沒有多大助益。

也因此，團隊特別著墨的點並非星際旅行，而是量子力學尺度下黑洞的行為，如果有一對黑洞相互糾纏，它們實際上就可以看成一個蟲洞，且光線可以穿過其中。如此一來便意味著，相互糾纏的黑洞傳遞速度比靠蟲洞連接通行還快，從外部看去的話，有如使用糾纏黑洞進行量子遙傳（quantum teleportation），為量子力學提供了新見解。

這個理論也解決了帶負能量物質才能穿越蟲洞的長期問題。不過，當被問及宇宙是否真的有兩個完美糾纏的黑洞時，《Live Science》報導，Daniel Jafferis 說：「不！當然不是。」雖然量子糾纏現象不僅是微小粒子的特權，大物體也會纏繞在一起，只是後者要完美糾纏會比粒子困難得多，宇宙要出現兩個完美糾纏的黑洞，就像中樂透，只有數十億分之一的可能性。

只不過，一旦這種糾纏黑洞真的存在，並且有個文明更強大、能收集黑洞蒸發的霍金輻射，並將所有輻射壓縮成一個新黑洞，那麼假如你不幸掉入原本的黑洞，這個強大文明就有可能從新黑洞中找回你。

科學家於 4 月 13 日在「2019 年美國物理學會」4 月會議公布了這項研究成果。

[peter]

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210309153828.htm
Wormholes are hypothetical shortcuts between two distant points in space. In a new theory, Oldenburg physicists show that microscopic, traversable wormholes could exist without having to rely on exotic matter or a new theory of gravity.


微觀蟲洞理論上是可能的，只是不適合星際旅行
https://daynews.co/news/3632466/
蟲洞和黑洞一樣，出現在愛因斯坦於1916年發表的廣義相對論的方程式中。愛因斯坦理論的一個重要假設是宇宙有四維——三個空間維度，時間是第四維。它們合在一起形成了所謂的時空，而時空可以被恆星等大質量物體拉伸和彎曲，就像橡皮板被一個金屬球陷進去而彎曲一樣。

時空的曲率決定了宇宙飛船和行星等物體的運動方式，也決定了光在其中的運動方式。Blázquez-Salcedo表示，「理論上，在沒有大質量物體的情況下，時空也可以彎曲。」在這種情況下，蟲洞將是時空中一個極其彎曲的區域，就像兩個相互連接的漏斗，連接空間中兩個遙遠的點，就像一條隧道。「從數學的角度來看，這樣的捷徑是可能的，但沒有人觀察過真正的蟲洞。」

而且，這樣的蟲洞是不穩定的。舉個例子，如果一艘宇宙飛船飛進一個黑洞，它會立即坍塌成一個黑洞——一個物體消失了，再也看不見了。蟲洞連接所提供的宇宙中的其他地方或會被剪除。先前的模型表明，保持蟲洞打開的唯一方法就是利用一種奇異的物質，有著一個負質量，換句話說質量為負數，只存在於理論。然而，Blázquez-Salcedo和他的同事——來自奧爾登堡大學的Christian Knoll博士以及來自葡萄牙阿維羅大學的Eugen Radu——在他們的模型中證明，即使沒有這種物質，蟲洞也可以穿越。

研究人員選擇了一種相對簡單的「半經典」方法。他們把相對論的元素與量子理論和經典電動力學理論的元素結合起來。在他們的模型中，他們認為某些基本粒子，如電子和它們的電荷是通過蟲洞的物質。作為數學描述，他們選擇了狄拉克方程，一個根據量子理論和相對論描述粒子概率密度函數的公式，稱為狄拉克場。

正如物理學家在研究中所描述的，他們的模型包括狄拉克場，允許一個蟲洞的存在，可通過物質，蟲洞的電荷與質量的比值超過了一定的限制。除了物質之外，信號——例如電磁波——也可以穿越時空中的微小通道。不過，研究小組設想的微觀蟲洞可能不適合星際旅行。此外，該模型還需要進一步改進，以查明這種不尋常的結構是否真的存在。Blázquez-Salcedo說，「我們認為蟲洞也可以存在於一個完整的模型中。

https://www.cnbeta.com/articles/science/1101173.htm  

奥登堡大学的Jose Luis Blázquez-Salcedo博士领导的一个国际团队现在在科学杂志《物理评论快报》上提出了一个新的理论模型，使得微观虫洞看起来不像以前的理论那样牵强。
虫洞和黑洞一样，出现在爱因斯坦1916年发表的广义相对论的方程中。爱因斯坦理论的一个重要假设是，宇宙有四个维度--三个空间维度和作为第四维度的时间。它们共同构成了所谓的时空，时空可以被巨大的天体（如恒星）拉伸和弯曲，就像橡胶板会被金属球沉入其中而弯曲一样。时空曲率决定了宇宙飞船和行星等物体，也决定了光在其中的运动方式。

Blázquez-Salcedo说：“理论上，在没有大规模物体的情况下，时空也可以弯曲和弯曲。”Blázquez-Salcedo后来转到西班牙马德里康普顿斯大学。在这种情况下，虫洞将是时空中的一个极度弯曲的区域，它类似于两个相互连接的漏斗，像隧道一样连接着空间中的两个遥远的点。“从数学的角度来看，这样的捷径是可能的，但从来没有人观察到真正的虫洞。”这位物理学家解释说。

这样的虫洞也是不稳定的。例如，如果一艘宇宙飞船飞入其中，它就会立即坍塌成一个黑洞--一个物质消失的物体，永远不会再出现。它与宇宙中其他地方的联系将被切断。以前的模型表明，保持虫洞开放的唯一方法是用一种奇异形式的物质，这种物质具有负质量，或者换句话说，它的重量比什么都轻，而且只存在于理论中。

然而，Blázquez-Salcedo和他的同事，来自奥登堡大学的Christian Knoll博士和葡萄牙阿维罗大学的Eugen Radu在他们的模型中证明，没有这种物质，虫洞也可以穿越。

研究人员选择了一种比较简单的 "半经典 "方法。他们将相对论的元素与量子理论和经典电动力学理论的元素相结合。在他们的模型中，他们认为电子等某些基本粒子及其电荷是要通过虫洞的物质。作为一种数学描述，他们选择了狄拉克方程，根据量子理论和相对论，这个公式将粒子的概率密度函数描述为所谓的狄拉克场

正如物理学家在他们的研究报告中所说的那样，正是因为在他们的模型中加入了狄拉克场，才允许存在一个可被物质穿越的虫洞，但前提是虫洞的电荷和质量之比超过一定的极限。除了物质之外，信号--比如电磁波--也可以穿越时空中的微小隧道。该团队假设的微观虫洞可能不适合星际旅行。此外，该模型还必须进一步完善，才能发现这种不寻常的结构是否真的可以存在。“我们认为虫洞也可以存在于一个完整的模型中，