星際迷航

2009年05月29日 02:56
來源：經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)

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凱文·鮑瑟

自從5000年前發(fā)明車輪以來，人們不斷發(fā)明新的方法，讓人類能更快的從一個(gè)地方抵達(dá)另一地點(diǎn)。馬車、自行車、汽車、飛機(jī)、火箭，所有這些發(fā)明都是為了節(jié)省我們到達(dá)目的地所需時(shí)間。然而，所有這些交通形式都有一個(gè)共同的缺陷：需要穿過一個(gè)特定的物理距離，對(duì)于不同的出發(fā)地和目的地，這會(huì)耗時(shí)幾分鐘甚至數(shù)小時(shí)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(dá)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(shù)。然而，《星際迷航》系列片為其賦予了一個(gè)科學(xué)名詞：遠(yuǎn)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(gè)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(jié)。事實(shí)上，的確有科學(xué)家正在研究這樣的交通方式。它將電信和運(yùn)輸?shù)奶匦韵嘟Y(jié)合，從而形成一種被稱作“遠(yuǎn)距傳送”的系統(tǒng)。用光子遠(yuǎn)距傳送的基本思想，是將物體在一個(gè)地點(diǎn)非物質(zhì)化，然后將物體的精確原子結(jié)構(gòu)信息傳送到另一地點(diǎn)，再將物體重構(gòu)出來。這就意味著交通中不再需要時(shí)間和空間——我們可以即時(shí)被傳送到任何地點(diǎn)，而無需實(shí)際穿越任何一個(gè)物理距離。

早在1993年，遠(yuǎn)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(shí)，物理學(xué)家查爾斯·貝內(nèi)特和IBM公司的一組研究人員確認(rèn)了量子遠(yuǎn)距傳送的可能性，但被傳輸?shù)脑嘉矬w必須被消滅。這一發(fā)現(xiàn)由貝內(nèi)特于1993年3月在美國物理學(xué)會(huì)的年會(huì)上首次提出，隨后關(guān)于這一發(fā)現(xiàn)的一篇報(bào)告發(fā)表于1993年3月29日的《物理評(píng)論快報(bào)》雜志上。當(dāng)時(shí)，利用光子進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了量子遠(yuǎn)距傳送理論上是可能的。

1998年，加州理工學(xué)院的物理學(xué)家聯(lián)合兩個(gè)歐洲研究小組，將IBM的這一概念變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。他們成功地遠(yuǎn)距傳送了一個(gè)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(jié)構(gòu)，將信息傳過1米長的同軸電纜，并重建了這個(gè)光子的復(fù)制品。正如所預(yù)計(jì)的那樣，復(fù)制品被制造出來后，原始的光子便不復(fù)存在。

在進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，小組成功避開了“海森堡不確定原理”，它是在遠(yuǎn)距傳送比光子更大的物體時(shí)的主要障礙。簡單來說，這一原理是說，人們無法同時(shí)知道一個(gè)粒子的位置和速度。但如果你無法知道一個(gè)粒子的位置，又如何對(duì)它進(jìn)行遠(yuǎn)距傳送呢？為了傳送光子而不違背海森堡原理，物理學(xué)家們利用了一個(gè)稱為“纏結(jié)”的現(xiàn)象。在纏結(jié)中，至少需要三個(gè)光子來完成量子遠(yuǎn)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(jié)的光子

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

拋開抽象的實(shí)驗(yàn)，舉例來看，當(dāng)柯克船長被傳送到一個(gè)陌生的星球上時(shí)，是他的原子結(jié)構(gòu)分析信息通過傳送室傳到了期望地點(diǎn)，并在那里創(chuàng)造出了柯克船長的一個(gè)復(fù)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(xué)也取得了遠(yuǎn)距傳送方面的成功，這次研究人員成功地傳送了一個(gè)激光束。

聽上去，雖然通過創(chuàng)建復(fù)制品而消滅原物這個(gè)主意用到人的身上并不怎么樣，但量子遠(yuǎn)距傳送對(duì)于開發(fā)可以分布量子信息的網(wǎng)絡(luò)意義重大。威爾士大學(xué)班戈分校的塞繆爾·布朗斯坦教授將這樣的網(wǎng)絡(luò)稱為“量子互聯(lián)網(wǎng)”。有一天，這一技術(shù)可以用來建造量子計(jì)算機(jī)，這意味著，其數(shù)據(jù)傳輸速率比今天最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)要快很多倍。

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

對(duì)于被傳送的人來說，需要制造一種機(jī)器，用來精確定位和分析組成人體的所有原子，這是個(gè)天文數(shù)字。這臺(tái)機(jī)器還要將這些信息傳送到另外一個(gè)地方，并在那里將人體完全精確地重新構(gòu)造出來，各個(gè)分子甚至不能有一毫米的偏差，以免到達(dá)后的人出現(xiàn)某些嚴(yán)重的神經(jīng)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(xù)集劇情中，遠(yuǎn)距傳送是通過一種叫做傳送機(jī)的機(jī)器實(shí)現(xiàn)的。此機(jī)器的基本工作方法就是一些人站在一個(gè)平臺(tái)上，與此同時(shí)，斯科蒂切換傳送室控制板上的開關(guān)。隨后傳送機(jī)鎖定平臺(tái)上每個(gè)人身上的每個(gè)原子，并利用傳送機(jī)載波將這些分子傳送到飛船成員想去的地方。觀眾于是會(huì)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(gè)遙遠(yuǎn)的行星上重現(xiàn)。

如果這樣的機(jī)器可以實(shí)現(xiàn)，那被傳送的人就未必是真正被“傳送的人這個(gè)原理更像是傳真機(jī)——在接收端建造一個(gè)人的復(fù)制品，但精度比傳真機(jī)可要高得多了。那么原物會(huì)怎么樣呢？有一種理論建議應(yīng)在遠(yuǎn)距傳送中融入基因克隆和數(shù)字化技術(shù)。

在這種生物數(shù)字克隆中，從某種意義上來說，遠(yuǎn)距乘客肯定會(huì)死。他們?cè)嫉囊庾R(shí)和肉體都不復(fù)存在，所有原子結(jié)構(gòu)將在異地重建，而數(shù)字化技術(shù)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(gè)全新的身體中，其構(gòu)成是原身體的原子結(jié)構(gòu)再加上同樣的信息。

正如所有的技術(shù)一樣，科學(xué)家們肯定會(huì)繼續(xù)對(duì)遠(yuǎn)距傳送的概念加以改進(jìn)，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(yuǎn)星球的空間辦公室里，人們完成了一天的工作，對(duì)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。

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