提到宇宙蟲(chóng)洞，也許多數(shù)人對(duì)它并不熟悉，可一旦說(shuō)起時(shí)光機(jī)，相信沒(méi)有人不對(duì)它著迷。蟲(chóng)洞正是被認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)超時(shí)空轉(zhuǎn)換的一個(gè)隧道，它可以連接任意兩個(gè)時(shí)空，物質(zhì)能夠通過(guò)這個(gè)蟲(chóng)洞來(lái)回穿梭，既能通向未來(lái)，也能通向過(guò)去，從而完成時(shí)空旅行。蟲(chóng)洞最早是由愛(ài)因斯坦及納森·羅森提出來(lái)的，因此，它也可以說(shuō)是廣義相對(duì)論的研究產(chǎn)物。
可就在今年7月，兩位大名鼎鼎的理論物理學(xué)家—普林斯頓高等教育研究院的理論物理學(xué)家胡安·馬爾德西納（Juan Maldacena）和斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家、弦論的創(chuàng)始人之一倫納德·薩斯坎德（Leonard Susskind）提出了一種假設(shè)，認(rèn)為蟲(chóng)洞可能與量子糾纏現(xiàn)象有關(guān)。要知道，量子力學(xué)與廣義相對(duì)論到今天為止始終是“水火不容”的。正因如此，他們的觀點(diǎn)受到了理論物理學(xué)家們不小的關(guān)注。
微觀與宏觀
眾所周知，理解宇宙，科學(xué)界有著兩套截然不同的理論，一套是廣義相對(duì)論，另一套則是量子力學(xué)。中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員陳學(xué)雷告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，廣義相對(duì)論是用來(lái)描述大尺度宇宙空間性質(zhì)的，而量子力學(xué)則是從微觀尺度上描述物理規(guī)則的。但這兩種理論始終無(wú)法統(tǒng)一，這也是困擾理論物理學(xué)家們已久的問(wèn)題。
最讓廣義相對(duì)論難以理解的就是量子的糾纏現(xiàn)象。在量子力學(xué)里，兩個(gè)粒子在經(jīng)過(guò)短暫時(shí)間彼此耦合之后，單獨(dú)攪擾其中任意一個(gè)粒子，會(huì)不可避免地影響到另外一個(gè)粒子的性質(zhì)，盡管兩個(gè)粒子之間可能相隔很長(zhǎng)一段距離，這種關(guān)聯(lián)現(xiàn)象稱(chēng)為量子糾纏。
量子糾纏是一種純粹發(fā)生于量子系統(tǒng)的現(xiàn)象，量子糾纏的作用速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于光速，因此，可以說(shuō)在這個(gè)過(guò)程中存在時(shí)間概念。而在經(jīng)典力學(xué)里，找不到類(lèi)似的現(xiàn)象。因此，量子糾纏被愛(ài)因斯坦稱(chēng)為“幽靈行為”。
不過(guò)，量子糾纏與廣義相對(duì)論的碰撞最初并不在蟲(chóng)洞，而是始于一場(chǎng)關(guān)于黑洞火墻的交鋒。
黑洞火墻之爭(zhēng)
2012年7月份，美國(guó)加州大學(xué)圣芭芭拉分校兩位理論物理學(xué)家將目光投向了黑洞的邊界—視界。
在黑洞的邊界，如果一對(duì)處于糾纏態(tài)粒子中的一個(gè)進(jìn)入了黑洞的視界，會(huì)發(fā)生什么？中科院理論物理研究所研究員李淼告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，根據(jù)廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)，一種觀點(diǎn)認(rèn)為，進(jìn)入黑洞的粒子不會(huì)有特殊的改變，只有在接近奇點(diǎn)處才會(huì)有強(qiáng)大的引力。此時(shí)，根據(jù)量子力學(xué)的預(yù)測(cè)，在黑洞外部的粒子，需要與黑洞外部的另外一個(gè)粒子形成糾纏態(tài)，但這完全違背量子糾纏最基本的準(zhǔn)則。一個(gè)粒子只能與另外一個(gè)粒子形成糾纏態(tài)，無(wú)法同時(shí)和其他兩個(gè)粒子保持糾纏狀態(tài)。
于是，有理論物理學(xué)家提出了一種假設(shè)，認(rèn)為在黑洞的視界周?chē)嬖谥粋€(gè)由“霍金蒸發(fā)”形成的火墻。這堵能量巨大的火墻可以使任何進(jìn)入其中的粒子與外界的糾纏狀態(tài)在經(jīng)過(guò)它時(shí)瞬間被破壞掉。
這就是“黑洞火墻”悖論。
量子糾纏可以被破壞嗎？憑空構(gòu)想出的一堵巨大能量的火墻可能存在嗎？李淼說(shuō)，至今為止，反對(duì)黑洞火墻存在的聲音還是占了多數(shù)，可即便如此，反對(duì)者們也沒(méi)有找到能夠更好地化解這個(gè)悖論的辦法。
據(jù)李淼透露，最初，薩斯坎德是黑洞火墻存在的支持者，而后，他又改變了自己的主意，轉(zhuǎn)而反對(duì)黑洞火墻的存在。
蟲(chóng)洞等同于量子糾纏？
馬爾德西納和薩斯坎德認(rèn)為，理論上人們可以收集到一個(gè)黑洞通過(guò)霍金蒸發(fā)所放射出的所有粒子，而這些粒子都和黑洞內(nèi)部的某個(gè)粒子相互糾纏，如果人們收集了黑洞的霍金蒸發(fā)過(guò)半時(shí)的所有粒子，那么這些粒子也就和黑洞形成了最大的糾纏狀態(tài)。至此，他們的說(shuō)法符合理論物理學(xué)現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)。
然而，他們提出，如果進(jìn)一步把這些收集到的粒子壓縮形成另外一個(gè)黑洞，那么新產(chǎn)生的黑洞也就和之前的黑洞形成了“糾纏狀態(tài)”，它們之間會(huì)通過(guò)奇點(diǎn)處的蟲(chóng)洞相連。也就是說(shuō)，微觀粒子之間的量子糾纏和通過(guò)蟲(chóng)洞形成糾纏態(tài)的黑洞有著相類(lèi)似的性質(zhì)。
這樣一來(lái)，微觀和宏觀現(xiàn)象便聯(lián)系在了一起，在黑洞的視界周?chē)?，也就未必需要一個(gè)高能量的火墻。量子力學(xué)和廣義相對(duì)論一定程度上可以實(shí)現(xiàn)融合。
但是，原則上來(lái)說(shuō)，蟲(chóng)洞可以連接宇宙的任何兩點(diǎn)，因此，它的工作原理可以類(lèi)似于連接宇宙中任何黑洞，但這并不能說(shuō)明黑洞通過(guò)蟲(chóng)洞糾纏。而且這種猜想目前還沒(méi)有任何證據(jù)，畢竟量子糾纏與蟲(chóng)洞存在本質(zhì)的差異，簡(jiǎn)單地把它們等同起來(lái)，并不能解決問(wèn)題。
可以想見(jiàn)的是，霍金提出的黑洞信息悖論還將一直繼續(xù)。
