星際迷航3：超越星辰

艾星雨

在近期上映的《星際迷航3：超越星辰》中，有這樣一個情節：大量船員被反派關押在隱秘的監牢里，柯克船長想救他們，必須在極短的時間里，讓這些人移動到數百千米之外。怎樣才能辦到這一點呢？其實很簡單，星艦上有一種神奇的裝置叫瞬間傳送系統，只要知道坐標，就可以將該坐標的人和物直接傳送到星艦里。所以，柯克船長要做的，就是把信標器送到船員們手里，讓星艦的瞬間傳送系統找到他們，然后將他們傳送回星艦就完成了救援任務。這事兒在電影里表現得格外酷炫，相信每一個看過電影的人都印象深刻。那么，這種瞬間傳送系統有什么科學根據嗎？今后有實現的可能性嗎？

實驗證實，量子糾纏確實存在

藝術中的“瞬間移動”

其實，《星際迷航3：超越星辰》中的星艦之所以用瞬間傳送系統，最初是因為經費不足，無法模擬星艦在遙遠星球上起飛和降落所需的昂貴費用，于是想了個省錢的辦法，把船員們直接傳送到他們的目的地。事實上，瞬間傳輸系統并非《星際迷航》的首創。早在1927年，柯南·道爾（對，就是寫福爾摩斯那位）在《分解機器》中，就設想到了一臺可以把一個人分解后重新在其他地方裝配起來的機器。在1958年的科幻電影《蒼蠅》中，一個科學家發明了利用線路傳送人體的辦法—人從一個艙室進去，被機器分解，通過線路，瞬間傳送到另一個艙室，進行還原。不幸的是，在進行實驗時，一只蒼蠅混了進去，因此在另一個艙室出現的，是人和蒼蠅混合的怪物。

根據上述作品的描述，所謂瞬間傳送，是在極短的時間里把人體分解成原子的形式，并記住每個原子在人體中的位置，再通過儀器以有線或者無線的方式（《星際迷航3》采用的是無線）發射到某一位置，再重新組合起來。根據牛頓理論，瞬間傳送是不可能的事情。在牛頓的物理世界里，物體不會突然出現或在別處重新出現。但在量子理論中，這恰恰是可以做到的事情。

歷史中的“瞬間移動”

1925年，海森堡、薛定諤等物理學家在分析原子的怪異屬性時，發現電子像波一樣運動，而且它們可以在原子內看似無序的運動中做出量子躍遷。在原子周圍，有不同數量的電子繞著原子核在不同軌道上不停旋轉，這樣就需要不同的能量。電子會釋放能量或者吸收能量，然后瞬間“跳”到別的軌道上。這里有兩個詭異之處：其一是電子什么時候吸收或者釋放能量，完全沒有規律，只能觀察，無法預測;其二是不同電子軌道之間是有距離的。然而，發生電子躍遷的時候，電子在這條軌道上消失，在那條軌道上出現，是同時發生的。似乎兩者的距離不存在，或者說，躍遷不需要時間。那么，量子躍遷能否作為瞬間傳送的理論根據呢？答案是不能，因為相對電子，人體實在太過龐大，也太過復雜。

1953年，為了反對量子理論，愛因斯坦和他的兩位同事波爾多斯基、羅森提出了一個EPR的思想實驗。該思想實驗指出，從量子理論出發，可以得出這樣一個結論：如果兩個電子最初是一致地振動，它們就可以一直保持這種狀態;假如其中一個電子的狀態發生改變，那么另一個電子也會發生相應的改變;不管距離有多遙遠，哪怕一個在地球，一個在冥王星，這種改變都會發生。愛因斯坦稱之為“量子糾纏”，并得意地說，這種“鬼魅般的超遠距離的作用”，完全可以“證明”量子理論是錯誤的。可惜，錯的是愛因斯坦。20世紀80年代，法國科學家艾倫·阿斯佩科特使用兩個分開13米的探測器，測量從鈣原子鐘放出的光子的自旋，實驗結果與量子理論的計算結果精確吻合。此后的多次實驗也證實，量子糾纏確實存在，盡管它如此違反常識。那，在光速是宇宙的速度極限這一點上，愛因斯坦也是錯的嗎？借助量子糾纏，我們能否實現信息的超光速傳遞，甚至物質實體的超光速傳遞呢？

1993年，IBM公司由查爾斯·班奈特領導的小組用EPR實驗證實：在物理學上瞬間傳送物質實體是可能的，至少在原子水平上是如此。科學家們使用A、B、C三個原子，任務是把A的信息傳送給C。第一步，是在B和C之間建立糾纏關系;第二步，A與B建立聯系，A的信息會轉移到B;第三步，由于B和C是最初糾纏的，因此A的信息現在已經被轉移到C了。注意在這一過程中，原子A內的信息已經被銷毀，同時A并沒有移動到C所在的位置，而B和C的距離在理論上可以無限遠。

任重道遠的“瞬間移動”

樂觀的科學家相信，轉移技術幾年內就能夠傳送復雜的分子。十幾年內，就能夠傳送DNA分子甚至一個病毒。有了這么迅猛的發展，我們何時可以傳送人體呢？理論上講，沒什么事物禁止傳送一個真正的人—就像《星際迷航》中所描述的那樣。但事實并非如此。想要實現人體的瞬間傳送，還有很多技術難題需要克服。

如何面臨“數據爆炸”

用掃描儀來記錄人體中每個原子的準確位置，比如自旋和軌道角動量等，其精度必須達到小數點后30位。一個體重為70千克的普通成年男性身體里至少有3.5×1027個原子。假設我們可以把一個原子的數據壓縮到1比特，那么我們也至少需要3.5×1027個比特的數據才能記錄人體中所有原子的位置。這個數據有多大呢？它相當于如今全球一年數據總儲量的10000倍;如果用一條線路以現有速度來傳送這組數據，則需要1080萬年。

事實上，別說1080萬年你等不了，就是幾分鐘也等不了。因為想要實現瞬間傳送，在掃描你的原始身體時，需要物理地將你身體里每部分拆解開才能得到里面的原子—這相當于把原始版本的你殺死，傳送，然后在目的地重組一個全新的你！不然，這個世界將同時出現兩個“你”。顯而易見，必須要在極短的時間內精確無誤地完成從掃描到傳送，再到重組的三個階段。這個時間短到什么程度了？至少在萬分之一秒以內。

移動重組后的精確性差異

任何測量，都必然有誤差。只是儀器的不同，還有我們需求的不同，這個誤差的程度也各異。相對于人的軀體，神經系統的復雜度顯然要高出幾個量級，而我們的全部記憶、思想和意識都保存在神經系統里。任何一個原子的位置在掃描、傳送和重組的過程中，出現了失誤，都會導致重組的結果產生偏差。簡而言之，“你”不再是“你”了。根據海森堡測不準定律，我們無法同時測出一個電子的確切位置和速度。因此，對原子的掃描不出現誤差是不可能的。當然，任何事情都是有誤差的，只要誤差控制在可接受范圍內，工程上就是可行的。比如，從某種程度上講，在進行大腦CT時，射線顯然會對神經系統產生量子層面的干擾，但從沒有聽說過誰做了幾次大腦CT就變成另一個人了。

《星際迷航》中的許多設想都已經變成現實，堪稱科技研發的創意寶庫。雖然現實里，距離實現瞬間傳輸還有很遠的路要走，但兩百年前的人們不是也不相信比空氣重的東西能飛上天，更不要說有火箭能夠飛出大氣層呢？因此瞬間傳送也是可以期待的，說不定你也能在這一過程中作出自己的一份貢獻呢。

（責任編輯/王茜）