星際迷航

2009年05月29日 02:56
來源：經濟觀察報

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凱文·鮑瑟

自從5000年前發明車輪以來，人們不斷發明新的方法，讓人類能更快的從一個地方抵達另一地點。馬車、自行車、汽車、飛機、火箭，所有這些發明都是為了節省我們到達目的地所需時間。然而，所有這些交通形式都有一個共同的缺陷：需要穿過一個特定的物理距離，對于不同的出發地和目的地，這會耗時幾分鐘甚至數小時不等。

你有沒有想象過，如果有一種途徑可以讓你從家中去往超市而無需開車，或從家里的后院直達國際空間站而不用乘坐宇宙飛船呢？這是《西游記》和其他科幻片中的慣用招數。然而，《星際迷航》系列片為其賦予了一個科學名詞：遠距離傳輸。影片中，觀眾們驚奇地看著，在穿越宇宙的旅行中，柯克船長、斯波克、麥考伊博士和其他人被送抵各個星球上，甚至被傳送到正在急速飛行的飛船上。

相信這是影片最令人難忘的情節。事實上，的確有科學家正在研究這樣的交通方式。它將電信和運輸的特性相結合，從而形成一種被稱作“遠距傳送”的系統。用光子遠距傳送的基本思想，是將物體在一個地點非物質化，然后將物體的精確原子結構信息傳送到另一地點，再將物體重構出來。這就意味著交通中不再需要時間和空間——我們可以即時被傳送到任何地點，而無需實際穿越任何一個物理距離。

早在1993年，遠距傳送的概念就走出了科幻的范疇，具備了理論上的可能性。那時，物理學家查爾斯·貝內特和IBM公司的一組研究人員確認了量子遠距傳送的可能性，但被傳輸的原始物體必須被消滅。這一發現由貝內特于1993年3月在美國物理學會的年會上首次提出，隨后關于這一發現的一篇報告發表于1993年3月29日的《物理評論快報》雜志上。當時，利用光子進行的實驗已經證明了量子遠距傳送理論上是可能的。

1998年，加州理工學院的物理學家聯合兩個歐洲研究小組，將IBM的這一概念變為了現實。他們成功地遠距傳送了一個光子，即一種承載光的能量粒子。這一小組可以讀出光子的原子結構，將信息傳過1米長的同軸電纜，并重建了這個光子的復制品。正如所預計的那樣，復制品被制造出來后，原始的光子便不復存在。

在進行這項實驗時，小組成功避開了“海森堡不確定原理”，它是在遠距傳送比光子更大的物體時的主要障礙。簡單來說，這一原理是說，人們無法同時知道一個粒子的位置和速度。但如果你無法知道一個粒子的位置，又如何對它進行遠距傳送呢？為了傳送光子而不違背海森堡原理，物理學家們利用了一個稱為“纏結”的現象。在纏結中，至少需要三個光子來完成量子遠距傳送：

光子A：待傳送的光子

光子B：正在傳送的光子

光子C：與光子B纏結的光子

如果不利用纏結，則研究人員在觀察光子A時若靠得太近，就會碰到光子而將其改變。通過讓光子B和C纏結，研究人員可以提取一些關于光子A的信息，而剩下的信息就會通過纏結傳遞給B，然后再傳遞給光子C。當研究人員將來自于光子A的信息加到光子C上時，就可以創造出光子A的精確復制品。然而，在信息被傳到光子C上之前，光子A就不復存在了。

拋開抽象的實驗，舉例來看，當柯克船長被傳送到一個陌生的星球上時，是他的原子結構分析信息通過傳送室傳到了期望地點，并在那里創造出了柯克船長的一個復制品，而原先的柯克船長則消失不見了。

不久之后，澳大利亞國立大學也取得了遠距傳送方面的成功，這次研究人員成功地傳送了一個激光束。

聽上去，雖然通過創建復制品而消滅原物這個主意用到人的身上并不怎么樣，但量子遠距傳送對于開發可以分布量子信息的網絡意義重大。威爾士大學班戈分校的塞繆爾·布朗斯坦教授將這樣的網絡稱為“量子互聯網”。有一天，這一技術可以用來建造量子計算機，這意味著，其數據傳輸速率比今天最強大的計算機要快很多倍。

回到影片中，如果要開發出像《星際迷航》里“企業號”航天飛船上的傳送室那樣的遠距傳送機，人類還有很長的路要走。單純根據物理定律，要制造可以將人瞬時傳送到其他地點的傳送機(這要求以光速進行傳輸)是根本不可能的。

對于被傳送的人來說，需要制造一種機器，用來精確定位和分析組成人體的所有原子，這是個天文數字。這臺機器還要將這些信息傳送到另外一個地方，并在那里將人體完全精確地重新構造出來，各個分子甚至不能有一毫米的偏差，以免到達后的人出現某些嚴重的神經或生理缺陷。這就是古諺所講的，差之毫厘，失之千里。

在《星際迷航》及其續集劇情中，遠距傳送是通過一種叫做傳送機的機器實現的。此機器的基本工作方法就是一些人站在一個平臺上，與此同時，斯科蒂切換傳送室控制板上的開關。隨后傳送機鎖定平臺上每個人身上的每個原子，并利用傳送機載波將這些分子傳送到飛船成員想去的地方。觀眾于是會看到，柯克船長和他的船員在溶解為一片明亮的光后消失不見，并立即在某個遙遠的行星上重現。

如果這樣的機器可以實現，那被傳送的人就未必是真正被“傳送的人這個原理更像是傳真機——在接收端建造一個人的復制品，但精度比傳真機可要高得多了。那么原物會怎么樣呢？有一種理論建議應在遠距傳送中融入基因克隆和數字化技術。

在這種生物數字克隆中，從某種意義上來說，遠距乘客肯定會死。他們原始的意識和肉體都不復存在，所有原子結構將在異地重建，而數字化技術將重建乘客的記憶、情感、希望和夢想。所以乘客仍然存在，但將存在于一個全新的身體中，其構成是原身體的原子結構再加上同樣的信息。

正如所有的技術一樣，科學家們肯定會繼續對遠距傳送的概念加以改進，直到最終可以避開這種殘酷的方法為止。有朝一日，在距地球很多光年的某星系中一顆遙遠星球的空間辦公室里，人們完成了一天的工作，對著手表說該傳送回X行星上的家吃晚飯了，話音剛落，就坐在了餐桌旁邊。