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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

默默耕耘结硕果，巾帼逐梦绽芳华——任娟娟教授与铁道工程的故事******

　　作者：西南交通大学 毛萍 胡广翰

　　17岁来到西南交通大学土木工程专业，26岁博士毕业留校任教，33岁被评为教授，37岁获得国家优秀青年……任娟娟教授在一个“男性”标签明显的行业里，无问西东，砥砺前行，拥有着一份令人羡慕的履历，见证了中国高铁从“技术引进”到“中国制造”再到“中国创造”的飞跃。

　　然而，她和道路与轨道工程的故事，却始于一个偶然。多年过去，曾经的树芽已经成长为灰色混凝土上令人瞩目的一抹浓绿。一切顺利的表面下潜藏着不设天花板、不问结果的耕耘。

　　结缘铁道，砥砺深耕

　　2000年，计算机开始兴起热潮，它也成了任娟娟教授报考大学时的第一志愿，然而激烈的竞争最终使她被调剂到了铁道工程专业。那时国内很多基础建设还没开始，谁也无法设想后来国家基建如火如荼的热闹景象。主动选择整天和水泥、混凝土打交道，将宝贵的青春交付给技术发展相对缓慢的土木专业的女生更是少之又少。

　　“既来之，则安之。”任娟娟教授如同沙漠里的仙人掌、森林中的变色龙，具有极强的适应能力。从小培养的做好每一件事情的自觉，让她早早就明白，改变不了环境，改变不了社会，就只能改变自己。

　　误打误撞进入一个看似不那么适合女生，又不“时尚”的行业，17岁的任娟娟没有心灰意冷，反而积极地吸收雨露和阳光，探索另一个自己，一路致力于我国高速铁路无砟轨道结构设计与损伤机理等研究。

　　我国无砟轨道技术进入大规模、系统性的深入研究开始于2003年，当时中国铁路发展落后，许多技术需要向德国、日本引进学习。中国地大物博，南北气候差异大，铁路的运营环境复杂，对高铁的技术要求更高。通过不断的学习、消化、吸收，结合国情再创新，2008年中国高铁开始研制具备完全自主知识产权的新型无砟轨道结构，到如今，中国高铁已经处于多个领域创第一的高精尖地位。风沙里的兰新线，高寒地区的哈大线，繁忙的京沪高铁……均成为了一道道靓丽的风景线。

　　为了一张从山西开往成都的绿皮火车车票，要在售票大厅排长龙般的队伍，借助人潮拥挤的力量，才能将自己挤到火车的门框边再顺势踏入车厢，扑鼻而来的复杂气味、车厢里的人声鼎沸、火车到站后的面容憔悴……这些关于绿皮火车旅程的糟糕记忆停留在了任娟娟教授那一代的青春匣子里。中国铁路从跟跑、到并跑再到领跑，任娟娟教授是这一蜕变的见证者，也是致力科研的幕后工作者之一。

　　作为“高速铁路无砟轨道设计与维护”四川省青年科技创新团队带头人，任娟娟教授长期从事高速、重载铁路轨道结构和轨道动力学研究，坚守科研教学一线，在列车荷载作用特征分析、复杂环境无砟轨道性能演化、结构寿命预测与耐久性评估等高速铁路发展的瓶颈问题方面取得了突出成果，为完善成套无砟轨道设计理论体系、提出关键标准、实现关键技术的自主研发作出突出贡献。其研究成果成功应用于遂渝、成绵乐、兰新、西成、武广高铁等铁路路线的无砟轨道设计、建造及维运中。

图为任娟娟教授在第三届中国高速铁路健康管理技术论坛

　　芳华待灼，履践致远

　　从本科到硕士再到博士，在同学们相约逛街、看电影的时候，任娟娟教授选择把这有限的时间花在学业上。

　　硕士阶段，面对未来将何去何从的迷茫，她最先做的，是通过咨询与对比，逐步确定未来的目标，然后毫不动摇地坚守。“动摇肯定什么都做不好，人的精力是有限的。所以首先要确定目标，一旦确定了之后，就沿着这个目标走下去，让它成为一种习惯。”

　　任娟娟教授似乎永远都这么雷厉风行，决定了就去做，做了就尽可能做好。

　　2007-2008年，任娟娟教授以国家公派留学生的名义前往德国慕尼黑工业大学进行联合培养。她把初来乍到的自己称为团队的“外来户”。“外来户”需要自己主动融入团队，这对于多数人来说都很不适应，于是便被放养，成了没人管的学生。为了让自己“有人管”，任娟娟教授像个“问题怪”，她整日蹲守在实验室里，拉着博士甚至是工人和她聊天。

图为任娟娟教授在做实验

　　于是同学们经常能看到一个绑着马尾辫的女孩，追着正在忙碌的工人，用不熟练的德语问他们一线工作的体悟，转而又跑去询问刚刚操作完实验的博士师兄，这个实验有什么注意事项和实验心得。空闲时间，她还会去教授的办公室“逮人”，忙碌的教授被“逮”住了也不得不给这个“烦人”的学生解答疑问。慢慢地，任娟娟教授如愿融入了这个新的团队，师兄们在做实验时开始主动叫她动手操作。

　　目标导向一直是任娟娟教授秉承的做事原则，尽可能减少时间的浪费，做有效的事情，从上学到工作，她舍弃了很多休闲时间，为的便是在未来有更多的选择权。

　　看着任娟娟教授不停忙碌的身影，任娟娟教授的学生也经常发出疑问，“老师都已经评上教授和优青，也有了孩子，怎么还那么拼。”

　　在任娟娟教授看来，自律是一种会上瘾的习惯，所以哪怕她现在已经收获颇丰，也极少去享受青春时代搁浅的娱乐和消遣。她像个永动机，通过自己的主动轴带动从动轴不停地转动，期盼在有限的生命里书写多一点的可能性，在科研上为我国高速铁路发展作出更多贡献。

　　莫问收获，但问耕耘

　　办公室里，早到和晚归的同学总能看到任娟娟教授加班加点，伏案工作的身影，她沉浸在科研的世界里，屏蔽了窗外的云卷云舒，桌上的花开花落，忘记了疲倦与喜悦的情绪变化。

　　曾国藩有个一生谨遵的人生格言，“莫问收获，但问耕耘。”这似乎也是任娟娟教授科研工作的哲学，锲而不舍地修改基金，不知疲倦地加班加点，在她看来这都是科研工作者的必修课。

　　作为导师，她也常常鼓励自己的学生去尝试各种事情，哪怕是刚得知消息却马上就要截止，她也会鼓励学生们勇敢去试一试。结果并不要紧，重要的是学习和积累的过程。在她看来，科研的成果是一个水到渠成的事情，足够的积累，总有一天会汇集成河流。

　　灰尘扑扑的工程实验室里，任娟娟教授经常被一群群求知若渴的男学生围着，而她犹如指点江山一般，疯狂输出一个又一个专业术语，耐心地为同学们解答疑问。

图为任娟娟教授在试验现场指导学生

　　实际上，在家庭中她也是用心的。“当你们成家以后，会慢慢发现，如果家庭没有经营好，其他的成功都是没有用的。一定是先把家庭打理好，才能放心在外面打拼。”她六点多起床，为孩子做好早餐，帮忙换上精心搭配的校服，在上班高峰前将孩子送到学校，一个完美的转身，她又来到另一个校园，细心指导着她的另一群“孩子”。

　　任娟娟教授清晰地穿梭在各种身份之间，而多重身份的叠加，也让这位职场女性的魅力愈发光芒四射。

　　就像此时料谁也想不到自己人生的下一个阶段会在什么时候发生更替一样，任娟娟教授也无法预见自己未来的模样，于是她选择脚踏实地，默默耕耘，尽全力演绎好每一个阶段的角色。过去十年，任娟娟教授是铁道工程发展的见证者，是建设者，更是传承者，她一往无前，将青春岁月倾注于此，如今再回首时，却发现早已摘得累累硕果。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）