虫洞是什么？量子纠缠现象又是什么？它们之间是否存在某种关联？

阿拉斯加他爸爸

对于科幻小说的读者们来说，虫洞现象一定不陌生。虫洞理论已经在时空理论中有具体的阐述，也即爱因斯坦-罗森桥，实质上是一种时空畸变。事实上除了虫洞之外，有另外一种现象叫做量子纠缠，一些华盛顿大学和纽约石溪大学的物理学家们认为两者之间有必然的联系。



图解: EPR佯谬的思想实验： 假设一个零自旋中性π介子衰变成一个电子与一个正电子，这两个衰变产物各自朝着相反方向移动至区域A、B。由于量子纠缠，假若位于区域A的爱丽丝与位于区域B的鲍勃分别测量粒子沿着同样轴向的自旋，则爱丽丝会测得上旋若且为若鲍勃会测得下旋，爱丽丝会测得下旋若且为若鲍勃会测得上旋.
量子纠缠是我们所处的世界上最难解释的现象之一,爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。这种现象发生于一对粒子或一群粒子受到多种作用的时候，此时它们呈现出一个整体的特性，如果改变其中一个粒子的量子态，就可以立即确定另外一个粒子的量子态，无论这个粒子是距离几纳米还是远在宇宙的另一边。不仅如此，几乎所有物质都能发生量子纠缠，小到最小的粒子，大到质量和体积都比太阳超很多倍的黑洞。



图解: 照射激光束于偏硼酸钡晶体，会因第二型自发参量下转换机制，在两个圆锥面交集的两条直线之处，制备出很多偏振相互垂直的纠缠光子对。
这些科学家的理论研究对象只是两个量子尺度的黑洞的纠缠，为了避免过多的数学理论，可以这样简单地说，两个黑洞将被时空中一个足够大的虫洞连接起来，通过这个虫洞，两个物体的量子态将被统一起来。由于黑洞会吸收所有它周围的的物质和辐射，这种虫洞不能用于宇宙中的任何运动，也不能在两点之间传递信息。不过，也许在遥远的将来，人们会找到一种途径克服黑洞的事件视界，实现穿透纠缠的黑洞，从而通过连接它们的虫洞。



图解: 洛伦兹虫洞（史瓦西虫洞）的电脑绘图
可以说，这项工作证明了量子力学现象与一些平常发生的物理现象在某些方面来讲是一样的。华盛顿大学物理学教授安德烈亚斯•卡奇(Andreas Karch)表示：“这两类过程是由两种不同的数学方式描述的。然而量子纠缠和时空中的虫洞，本质上涉及相同的物理过程。这些知识将使我们能够开发新技术和工具，人们将能够利用这两种现象造福于自己。”



图解: 若地面附近有一个虫洞，它可能是这样的.
“在我们的研究中我们并没有发明或发现任何新的东西，我们所做的就是利用人们至少15年来所知道的那些物理定律来分析原始数据。我们只是以一种新的方式看待两种不同的现象，发现了许多相似之处，并得出了它们几乎相同的结论。”安德烈亚斯·卡奇(Andreas Karch)发表在《物理评论快报》上的文章中写道。



图解: 另一种虫洞在二维环境的模拟
虫洞(或爱因斯坦-罗森桥)是连接时空中不同点的一种推测结构，它基于用雅可比矩阵和行列式求解的爱因斯坦场方程的一个特殊解。虫洞可以被想象成一条隧道，隧道的每一端都位于时空的不同点(即 不同地点或时间点)。更确切地说，它是时空连续体的先验双射，是在反德西特空间中出现的Calabi-Yau廖的渐近投影。



图解: 虫洞在二维环境的模拟
虫洞与广义相对论是一致的，但是虫洞是否真的存在还有待观察。
虫洞可以连接极长达10亿光年短至几米的距离，它也可连接不同的宇宙，或处于不同时间上的点。