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隔空摄物:量子世界里的“花果山”

发布者: 齐天天圣| 发布时间: 2018-2-3 13:33| 查看数: 43

■隋淑光

【神话小说、神异故事和民间传说中给这一想象起了个和“量子态隐形传物”有些相近的名字,即我们耳熟能详的“隔空摄物”。】

近来重读儒勒·凡尔纳的科幻名作《海底两万里》,萌生了这样一个想法:过去、现在和未来的读者面对同一部科幻作品的感受应该是不同的。以《海底两万里》为例,无疑,书甫一问世时,读者会对作者摹想的“鹦鹉螺号”潜艇,及尼摩船长周游海底的瑰奇经历感到无比震撼,但随着时间推移,潜艇等航行器问世,人类穿行海底由幻成真,纵然书的魅力未减,但其所带来的震撼度会渐行渐弱。时至今日,书中的科幻色彩近乎被时间涤荡殆尽,科幻不再为科幻,而近于写实;终有一日,人们将拥有更高远的科技视野,导致写实沦为对过往的追溯。正所谓“昨日之新乃今日之陈,而今日之新又为明日之陈”,这或许是科幻作品的终极宿命。

恐怕神话作品也不能外。以小说《西游记》为例,在现代科学视域里,书中一些曾带有奇异光环的想象已经逐渐被解构。比如说三头六臂之于器官移植技术,用毛发变幻出自身之于生物克隆术,任意变形的金箍棒之于形状记忆合金……但是细究起来,仍有一些技能处于现代科学定律的解释能力之外,或者说人们对其仍处在认知途中,比如说孙悟空跨越空间障碍的飞行本领。

孙悟空一个筋斗可飞行十万八千里,一个筋斗须臾间就可完成,因此可以推断,其速度当为数万公里每秒,相当于光速的几分之一,这并不足以让人惊骇。因为对人体来说,只要是做匀速运动并且沿着一定的方向,所能承受的运动速度并不存在极限,理论上人体可以承受接近光速的飞行。在现实世界中,“阿波罗10号”飞船从月球背面绕过时,其飞行速度就已经达到了39897公里/小时。让人难以索解的是孙悟空启动飞行几乎不需要耗时,瞬间就能由静止达到光速的几分之一,并且能在瞬间由运动变为静止。这在现实世界中是无法实现的,因为快速地加速或减速的这种变化对人体有致命危害。

在物理学上,用g来表示地球表面附近物体受地球引力作用在真空中下落的加速度,g的方向是竖直的,对站立于飞行器中的人体来说,其作用力方向相当于从头到脚或者相反:当飞行器减速时,加速度为负值,人体将承受过载,此时血液从身体各处向头部集中,导致头部产生涨感,航天员会满脸涨红,眼球充血。反过来,血液会从人的头部向脚部集中,航天员将会出现缺氧症状,导致视力模糊甚至短暂失明。

刘慈欣先生在科幻小说《三体》中摹想了快速加速过程对未受保护的航天员所造成的伤害:“舱中所有的人都被滑挤到球形的底部,然后,超重的魔鬼之手把他们的身体像揉一堆湿泥人般揉成一团,没有人来得及发出惨叫,只能听到血液、内脏被挤出和骨骼被压碎的声音,后来,这一堆骨肉被血淹没了,超重快速沉淀了血液中的杂质,使其变得异常清澈,强大的重力使血泊的液面像镜面般平整和纹丝不动,像是固态,其中已经完全看不出形状的一堆骨肉和内脏仿佛被封在晶莹的红宝石中……”

据科学研究,人可以较长时间承受的加速度为3g,如果再大则有致命危险,因此航天员在加速或减速飞行过程中通常会采取平躺的姿势以缓解其造成的伤害。

我们来进行一个计算,假定一艘飞船以相当于3g的加速度加速,那么由静止加速到光速的三分之一需要约944小时。即使假定孙悟空因服食了太上老君的金丹以及经过三昧真火的煅炼而拥有了金刚不坏之躯,能承受相当于300 g的重力加速度,也需要加速9小时多才能达到这个速度,和“须臾”相去甚远。当然我们也可以假定孙悟空能无限地承受加速飞行,比如说3000g乃至30000g,但是这种假设会使答案越发趋近神话的解释范畴,而离牛顿的经典物理学定律越行越远。

假如我们执意要以科学的视角来进行解答,或许可以把孙悟空跨越空间障碍的飞行本领置于量子理论范畴来考虑。根据量子力学理论,如果我们把视野缩小到粒子层面,会发现微观世界的定律与宏观世界截然不同。在微观世界里,两个粒子靠近就会彼此纠缠,产生联系,即使把它们分置于间隔遥远的位置,比如说地球和月球,还是会产生纠缠作用。

这种作用就是爱因斯坦所认为的十分荒唐的“幽灵般的远程作用”。但是有报道称科学家利用这种远程连带关系已经完成了对光子的瞬间移动实验。实验过程大致如下:首先生成一对纠缠光子,将其一置于实验室,另一传送到144公里之外,然后引入第三个光子,也就是研究人员想要瞬间移动的光子,并让它与留在实验室中的光子相互作用,此后研究人员比对这两个光子的量子态,利用“幽灵般的远程作用”,让144公里之外的光子的量子态变得和第三个光子一模一样,这就相当于瞬间实现了对第三个光子的移动。

人体也是由粒子组成的,因此有科学家想象如何利用这一原理实现对人体的瞬间移动:在移动起始处设置一座粒子舱,在终点处设置另一座与其有纠缠关系的粒子舱。人走进舱里接受对粒子的扫描,同时位于终点处的舱接收扫描信息,并用来比对两组粒子的量子态,通过量子纠缠作用,使舱中的粒子建立起与人体粒子相同的量子态,然后实现对人体的重组。而位于起始处的人体在接受量子态扫描的过程中被摧毁。根据量子理论,无论是瞬间移动粒子还是人体,转移的都不是物质本身,科学家称其为“量子态隐形传物”。当然这一过程仅处于设想阶段,在理论和操作层面都面临巨大障碍。

如果我们细究底里,就会发现《西游记》中屡屡出现这样的描述:“那大圣收了如意棒,抖擞神威,将身一纵,站在佛祖手心里,却道声:‘我出去也!’你看他一路云光,无影无形去了。”“他就使一个性子,将身一纵,说一声:‘老孙去也!’三藏急抬头,早已不见,只闻得呼的一声……”从中可以看出,孙悟空在进行所谓的飞行启动时,留给旁观者的信息只有光和声,然后就倏忽不见,调侃一点说的话,这几乎是在暗示一个接受量子态扫描及机体被摧毁的过程。

吴承恩并非是瞬间移动这一想象的始作俑者,我们或许可以从唐传奇中追溯其源头。比如在《聂隐娘传》中,作者用“人莫能窥其用,鬼莫得蹑其踪。能从空虚之入冥,善无形而灭影”来描述妙手空空儿拥有的神术,大意是说“非但人不能看见他是怎样变化的,鬼神也不能捕捉他的踪迹,他能以空虚状态进入幽冥空间,并善于用无形攻击有影的世界”,这已经是非常接近瞬间移动的描述。此外,《聊斋志异·狐嫁女》一篇中记述了这样一个故事:山东某书生夜宿荒宅,适逢狐狸嫁女场面,遂藏匿起一只金爵,多年后始知这是狐狸从河北某富家摄来的,遂有“始知千里之物,狐能摄至”的惊叹。神话小说、神异故事和民间传说中给这一想象起了个和“量子态隐形传物”有些相近的名字,即我们耳熟能详的“隔空摄物”。

想象是人类在未掌握科学利器前解读未知世界的一种愿望甚至可以说是一种工具。无论是唐传奇还是吴承恩、蒲松龄的想象,都代表了一种突破认知障碍的意愿(比如空间障碍),如同人们利用量子理论摹想“量子态隐形传物”一样,纵然不完美,但无疑弥足珍贵。

从用经典物理学解释宏观世界的运动规律,到用相对论和黑洞理论解释宇宙和空间,再到用量子力学尝试解释微观世界,人类对客观世界的认知永远在路上。“一千个人眼中有一千个哈姆雷特”,如果说对一部文艺作品的解读取决于读者的知识结构、阅历和艺术感受力,那么对客观世界的解读程度则取决于掌握了怎样的科学认知工具,它决定了我们眼中的客观世界是什么。量子力学仍处在不断发展完善中,或许终有一天人们将可以用它来更全面深入地认识世界,《西游记》爱好者也可以用它来更深入地解读作品,从而营造量子世界里的花果山,但是它肯定不会是认识未知世界的终极工具。

《中国科学报》 (2018-02-02 第7版 作品)
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