傳送真的可行嗎？ - YoCanon

傳送，也就是從臥室消失，然後出現在學校 是動畫、科幻小說和視頻遊戲中出現的一種能力 你可能想像過用它來避開交通 或者在沙發上不動就去拿零食 但你有沒有想過，哪種傳送方式實際上可能是可行的？ 把人變成粒子流的方式，是不是更有道理？ 或者我們能否在空間中打開一扇門？ 因此，在這個視頻中 我們將探討傳送對物理學到底提出了哪些要求 以及為什麼消失在這裡，出現在那裡 這個夢想可能隱藏著一個悖論 在虛構作品中，傳送通常有兩種形式 第一種是可怕的，也就是掃描刪除並重建的方法 一臺機器會讀取你身體中的每一個原子 將你轉化為信息 把信息傳送到別處 然後在另一端重新構建你 基本上，你就會變成一個人類壓縮文件，兄弟 第二種方式感覺要安全得多 也就是傳送門的方法 空間本身會打開一條捷徑 你穿過這道門 瞬間就會出現在很遠的地方 更像是把地圖對折 直到兩個遙遠的地方接觸在一起 起初這兩個想法似乎完全不同 但一旦涉及真實的物理 兩者都會撞上同樣的障礙 一個成年人體內 大約含有7乘以10的27次方的原子 也就是7後面跟著27個0 要完美地重建一個人 你必須知道這些原子每一個的量子狀態 不只是它們是什麼 還要知道它們在哪裡 運動速度如何 旋轉方式如何 以及它們如何與鄰居糾纏 萊斯特大學曾計算過,要捕捉所有這些信息, 需要大約4.5乘以10的42次方比特的信息 為了形象化這一點,想像每個比特都是一粒沙子 如果你嘗試存儲10的42次方粒沙子, 它們的重量將相當於行星 即使世界上所有的數據中心合起來也比不上這個數量 碰都別碰,如果我們 建造更好的掃描儀呢? 量子力學有一個答案,不 宇宙不會讓你複製量子比特 如果你試圖測量一個量子態來瞭解它 你就會擾亂它 你在擾亂我的心靈能量 就像用吹風機去拍打一個精緻的雪花 還有巨大的能源帳單 將一個人完全轉化為能量 以編碼和傳輸它們的信息 每千克會釋放大約9乘以10的16次方膠二 對於一個 70 千克的人 這大約是6.3乘以10的18次方膠二 相當於數百萬顆廣島級炸彈同時爆炸 即使你 somehow 捕獲了所有這些能量 而沒有摧毀你的社區 你仍然需要將它們重新轉化為具有相同量子狀態的物質 這就像從頭開始建造一個完整的地球 祝你好運 然後來了最奇怪的問題 如果機器掃描了你摧毀了你的身體 並在別處重建了完全相同的模式 那麼是你自己到達了嗎? 從外面看一切看起來都沒問題 複製體有你的臉你的記憶你的習慣 甚至你還在凌晨二點想起的那個尷尬的事情 但從你的角度來看 你真的旅行了嗎或者你已經結束 而一個一模一樣的人繼續存在 是的讓我們在視頻變成團體治療繪畫之前跳過這部分 那麼第二個模型呢？傳送門 你不需要掃描任何東西 你只需要在空間中打開一條捷徑 這樣你就可以從客廳走到海灘 在廣義相對論中，有一種數學對象叫做蟲洞 它是連接時空兩個不同區域的隧道 聽起來很有希望，但和往常一樣，這裏存在物理定律 第一個問題，違反能量守恆 這就是傳送門破壞物理定律的地方 把一個傳送門放在地板上，另一個放在天花板上 然後把一個物體，從其中一個傳送門掉進去 它會永遠下落，無限加速，獲得無限的動能 這違反了能量守恆定律 這是物理學的基本定律之一 第二個問題 爲了防止蟲洞關閉 你需要某種能產生類似反重力效果的東西 普通物質 往往會使得引力讓隧道閉合 見鬼 要維持隧道開放 需要在頸部周圍使用奇異能量 這可能涉及負能量 這意味着它所擁有的能量比真空空間還要少 甚至可能使時空向外彎曲 在量子物理中 這通常意味著一個能量密度低於正常真空基線的區域 這就是物理學家所說的負能量 是低於真空基線的能量 而不是低於絕對虛無的能量 令人驚訝的是 我們已經知道如何獲取負能量 在卡西米爾效應中 兩塊極其接近的板 會限制它們之間的量子場 從而在與正常空間相比 產生微小的負能量密度 但有嚴格的規則 你借負能量的時間越長 你所能借的就越少 而且你之後必須用正能量來平衡它 因此 要維持一個蟲洞開放足夠長的時間 讓某人能夠穿越 就需要極其巨大的負能量 計算表明 即使是一個比質子大小百萬分之一的蟲洞 也需要與一百億的太陽 在一年內產生的能量 相同量的負能量 天啊這真是宇宙級的稅 即使你擁有一個穩定的蟲洞 你也可能不小心製造出一臺時間機器 但問題是如何做到這一點 所有蟲洞模型都會撞上同一個障礙 相對論和因果性 因果性只意味著一個簡單的事情 原因必須發生在結果之前 你按下鈕然後燈亮了 你發送一條信息然後有人接收到它 你丟出一個球然後窗戶被打碎了 如果窗戶在你扔球之前就打碎了 現實就出現了問題 現在這裡就是相對論讓傳送變得複雜的地方 在日常生活中 我們認為現在是顯而易見的 現在在地球上 現在在火星上 現在在宇宙的任何地方 我們想像有一個巨大的宇宙時鐘 但相對論說並不存在一個宇宙時鐘 不同的觀察者 尤其是以不同速度運動的觀察者 可能會對哪些事件同時發生產生分歧 想像地球和一艘遙遠的宇宙飛船 從地球的視角來看 你在正好12點時 發送一條即時信息給宇宙飛船 假設宇宙飛船是靜止的 因爲是即時的 宇宙飛船正好在12點時收到這條信息 因此從地球的視角來看 一切看起來都沒問題 現在想象一艘以極高速度 相對於地球運動的宇宙飛船 從地球的角度來看 宇宙飛船上的時鐘走得更慢 地球在恰好中午12點時 發送一條即時信息 由於這條信息在地球的參考系中是即時的 宇宙飛船會在地球時間中12點收到這條信息 宇宙飛船內部的時鐘可能顯示更早的時間 比如11點50分 因爲對於移動的宇宙飛船來說時間流逝的更少 但這本身並不會將任何東西送入過去 它只是解釋了爲什麼兩個時鐘顯示不同的時間 真正的問題是地球和宇宙飛船並不認同在遙遠地點 當前正在發生什麼 由於宇宙飛船移動得如此之快 它所認爲的現在是傾斜的 從宇宙飛船的角度來看 它收到信息的那一刻 可以與地球上的更早時刻對齊 因此當宇宙飛船使用它自己的現在概念 及時發送回覆時 這條回覆不會沿着地球的中午十二點線 它會沿着宇宙飛船傾斜的線返回地球 而這條線可能在11點50分到達地球 因此地球在11點50分收到回覆 儘管他直到中午12點才發送原始信息 同時這種陷阱也適用於反向情況 如果宇宙飛船發送了第一條即時信息 地球可以用他自己的現在來回復 而這條回覆可能在宇宙飛船發送原始信息之前就到達 因爲在宇宙飛船的參考系中 地球的時間流逝得更慢 如果這條回覆以光速傳播 或者根據地球的參考系是即時的 它將在12點返回 悖論出現的原因是 第一條信息在地球的參考系中是即時的 而返回信息在移動的宇宙飛船的參考系中是即時的 這就是爲什麼超光速通信在相對論中是一個如此大的問題 因此當人們想象瞬時傳送時 真正的問題不僅僅是將身體移動到空間中的某處 真正的問題是將信息以超光速傳遞 愛因斯坦基本上給宇宙設定了一個速度上限 並說 上帝沒有上限 兄弟，但等等，你可能會問 量子傳送不是已經實現了嗎？ 是的，但並不是科幻小說中的那種方式 它們傳送的是一個量子態 這裏有一個簡單的解釋 量子態是描述粒子行爲的信息 它可以描述像自旋或偏振這樣的性質 想象這個狀態就像一支發光的未知方向的箭 愛麗絲擁有粒子A 她攜帶了一個未知的量子態 她希望鮑勃，他遠在千里之外 最終能擁有完全相同的這個狀態 顯而易見的想法就是簡單的複製它 但量子物理不允許這樣做 這被稱爲無克隆定理 這意味着無法完美複製一個未知的量子態 因此，愛麗絲和鮑勃使用了一對糾纏的粒子 糾纏意味着兩個粒子共享一個相連的量子態 因此，即使它們相隔很遠 它們的測量結果也是相互關聯的 愛麗絲保留粒子B 鮑勃拿走粒子C 現在總共有三個粒子 粒子A攜帶了愛麗絲想要傳送的狀態 粒子B是愛麗絲的糾纏對的一半 粒子C是鮑伯的另一半 愛麗絲現在將粒子A和B放在一起 並進行一次特殊的聯合測量 這被稱為貝爾測量 它並不是單獨測量A 相反它讓A和B相互作用 然後將它們作為一個整體系統進行測量 現在每個粒子都充當一個量子比特 可以同時包含零和一的組合 零和一隻是它兩種基本狀態的標籤 就像粒子自旋的上和下一樣 因為兩個量子比特是同時被測量的 愛麗絲可以獲得四個可能的結果之一 0 1 10 或 11 它無法選擇哪個結果出現 這完全是隨機的 在愛麗絲測量完狀態後 她這邊的原始量子態就會被摧毀 不過不用擔心鮑勃已經準備好了 因為B與C是糾纏的 愛麗絲的聯合測量也會影響整個三粒子系統的組織方式 鮑勃的粒子C現在攜帶著A原始狀態的一個混亂版本 根據愛麗絲的測量結果 鮑勃的狀態可能已經正確 也可能需要翻轉旋轉或者兩者都需要 為了修復這個問題 我們需要愛麗絲收到的四個貝爾測量結果中的一個 為了更清楚的理解，這裡有個新的例子 想像一下，鮑伯從愛麗絲那裡收到了一封密封的圖片 愛麗絲不知道圖片顯示的是什麼 它可能是隻貓，也可能是銀河系 也可能是鮑伯的瀏覽器歷史記錄 但愛麗絲不需要知道圖片的內容 她只需要知道發生了怎樣的旋轉 如果她告訴鮑伯將它旋轉回180度 這種修正方法，無論圖片內容是什麼都有效 量子修正也是以同樣的方式工作的 現在愛麗絲將她的二比特結果發送給鮑伯 這些被稱為經典比特 因為它們是普通的信息 這意味著它們不能比光速傳播 一旦鮑伯收到愛麗絲的兩比特結果 他就知道應該執行哪種量子操作而不會干擾它 現在粒子C具有粒子A最初攜帶的精確量子態 所以是的，量子傳送是真實的 但不是，它並不能讓你在宇宙中進行傳送或發送即時信息 嘿，說實話這真是悲劇 那麼這一切對我們想要傳送到冰箱的夢想 意味著什麼呢 傳送的概念需要無法實現的信息量 違反了物理定律，違背了不可克隆定理 需要我們無法駕馭的能量 還迫使我們思考關於身份的深刻問題 蟲洞的概念則需要奇異的負能量 而且很可能變成一臺時間機器 威脅因果關係 在兩者背後是相對論的規則 沒有普世的現在，沒有任何事物能超越光速 而不引發邏輯矛盾 最終，也許我們不需要傳送器 就能體會到我們的生活已經充滿了奇蹟 所以下次你希望傳送到無聊的課堂或穿越交通堵塞時 記住宇宙有非常好的理由說不 而理解這些理由本身就是一種魔法