星际迷航

2009年05月29日 02:56
来源：经济观察报

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凯文·鲍瑟

自从5000年前发明车轮以来，人们不断发明新的方法，让人类能更快的从一个地方抵达另一地点。马车、自行车、汽车、飞机、火箭，所有这些发明都是为了节省我们到达目的地所需时间。然而，所有这些交通形式都有一个共同的缺陷：需要穿过一个特定的物理距离，对于不同的出发地和目的地，这会耗时几分钟甚至数小时不等。

你有没有想象过，如果有一种途径可以让你从家中去往超市而无需开车，或从家里的后院直达国际空间站而不用乘坐宇宙飞船呢？这是《西游记》和其他科幻片中的惯用招数。然而，《星际迷航》系列片为其赋予了一个科学名词：远距离传输。影片中，观众们惊奇地看着，在穿越宇宙的旅行中，柯克船长、斯波克、麦考伊博士和其他人被送抵各个星球上，甚至被传送到正在急速飞行的飞船上。

相信这是影片最令人难忘的情节。事实上，的确有科学家正在研究这样的交通方式。它将电信和运输的特性相结合，从而形成一种被称作“远距传送”的系统。用光子远距传送的基本思想，是将物体在一个地点非物质化，然后将物体的精确原子结构信息传送到另一地点，再将物体重构出来。这就意味着交通中不再需要时间和空间——我们可以即时被传送到任何地点，而无需实际穿越任何一个物理距离。

早在1993年，远距传送的概念就走出了科幻的范畴，具备了理论上的可能性。那时，物理学家查尔斯·贝内特和IBM公司的一组研究人员确认了量子远距传送的可能性，但被传输的原始物体必须被消灭。这一发现由贝内特于1993年3月在美国物理学会的年会上首次提出，随后关于这一发现的一篇报告发表于1993年3月29日的《物理评论快报》杂志上。当时，利用光子进行的实验已经证明了量子远距传送理论上是可能的。

1998年，加州理工学院的物理学家联合两个欧洲研究小组，将IBM的这一概念变为了现实。他们成功地远距传送了一个光子，即一种承载光的能量粒子。这一小组可以读出光子的原子结构，将信息传过1米长的同轴电缆，并重建了这个光子的复制品。正如所预计的那样，复制品被制造出来后，原始的光子便不复存在。

在进行这项实验时，小组成功避开了“海森堡不确定原理”，它是在远距传送比光子更大的物体时的主要障碍。简单来说，这一原理是说，人们无法同时知道一个粒子的位置和速度。但如果你无法知道一个粒子的位置，又如何对它进行远距传送呢？为了传送光子而不违背海森堡原理，物理学家们利用了一个称为“缠结”的现象。在缠结中，至少需要三个光子来完成量子远距传送：

光子A：待传送的光子

光子B：正在传送的光子

光子C：与光子B缠结的光子

如果不利用缠结，则研究人员在观察光子A时若靠得太近，就会碰到光子而将其改变。通过让光子B和C缠结，研究人员可以提取一些关于光子A的信息，而剩下的信息就会通过缠结传递给B，然后再传递给光子C。当研究人员将来自于光子A的信息加到光子C上时，就可以创造出光子A的精确复制品。然而，在信息被传到光子C上之前，光子A就不复存在了。

抛开抽象的实验，举例来看，当柯克船长被传送到一个陌生的星球上时，是他的原子结构分析信息通过传送室传到了期望地点，并在那里创造出了柯克船长的一个复制品，而原先的柯克船长则消失不见了。

不久之后，澳大利亚国立大学也取得了远距传送方面的成功，这次研究人员成功地传送了一个激光束。

听上去，虽然通过创建复制品而消灭原物这个主意用到人的身上并不怎么样，但量子远距传送对于开发可以分布量子信息的网络意义重大。威尔士大学班戈分校的塞缪尔·布朗斯坦教授将这样的网络称为“量子互联网”。有一天，这一技术可以用来建造量子计算机，这意味着，其数据传输速率比今天最强大的计算机要快很多倍。

回到影片中，如果要开发出像《星际迷航》里“企业号”航天飞船上的传送室那样的远距传送机，人类还有很长的路要走。单纯根据物理定律，要制造可以将人瞬时传送到其他地点的传送机(这要求以光速进行传输)是根本不可能的。

对于被传送的人来说，需要制造一种机器，用来精确定位和分析组成人体的所有原子，这是个天文数字。这台机器还要将这些信息传送到另外一个地方，并在那里将人体完全精确地重新构造出来，各个分子甚至不能有一毫米的偏差，以免到达后的人出现某些严重的神经或生理缺陷。这就是古谚所讲的，差之毫厘，失之千里。

在《星际迷航》及其续集剧情中，远距传送是通过一种叫做传送机的机器实现的。此机器的基本工作方法就是一些人站在一个平台上，与此同时，斯科蒂切换传送室控制板上的开关。随后传送机锁定平台上每个人身上的每个原子，并利用传送机载波将这些分子传送到飞船成员想去的地方。观众于是会看到，柯克船长和他的船员在溶解为一片明亮的光后消失不见，并立即在某个遥远的行星上重现。

如果这样的机器可以实现，那被传送的人就未必是真正被“传送的人这个原理更像是传真机——在接收端建造一个人的复制品，但精度比传真机可要高得多了。那么原物会怎么样呢？有一种理论建议应在远距传送中融入基因克隆和数字化技术。

在这种生物数字克隆中，从某种意义上来说，远距乘客肯定会死。他们原始的意识和肉体都不复存在，所有原子结构将在异地重建，而数字化技术将重建乘客的记忆、情感、希望和梦想。所以乘客仍然存在，但将存在于一个全新的身体中，其构成是原身体的原子结构再加上同样的信息。

正如所有的技术一样，科学家们肯定会继续对远距传送的概念加以改进，直到最终可以避开这种残酷的方法为止。有朝一日，在距地球很多光年的某星系中一颗遥远星球的空间办公室里，人们完成了一天的工作，对着手表说该传送回X行星上的家吃晚饭了，话音刚落，就坐在了餐桌旁边。